DE10144876A1

DE10144876A1 - Belichtungsmaskeneinrichtung und Verfahren zur Ausrichtung einer Vielzahl von Substraten auf eine Belichtungsmaske

Info

Publication number: DE10144876A1
Application number: DE10144876A
Authority: DE
Inventors: Volker Wingsch; Joachim Glueck
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-09-12
Filing date: 2001-09-12
Publication date: 2003-04-03
Anticipated expiration: 2021-09-13
Also published as: US7257890B2; WO2003025679A3; JP2005502926A; DE10144876B4; JP4331604B2; WO2003025679A2; US20050014073A1

Abstract

Ein Verfahren zum Ausrichten einer Vielzahl von Substraten (3), die auf einem Werkstückträger (8) gehaltert sind, auf eine Belichtungsmaske (5) zur Ausführung eines Photolithografieprozesses hat die Schritte: DOLLAR A - Ausrichten und Fixieren einer Belichtungsmaske (5) auf ein Justageblech (12), wobei das Justageblech (12) passgenaue Durchführungsbohrungen (13) jeweils zur Aufnahme eines Substrats (3) pro Durchführungsbohrung (13) hat, und DOLLAR A - Einschieben der Substrate (3), die auf dem Werkstückträger (8) gehaltert sind, in die Durchführungsbohrungen (13) des Justageblechs (12).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausrichtung einer Vielzahl von Substraten, die auf einem Werkstückträger gehaltert sind, auf eine Belichtungsmaske zur Ausführung eines Photolithografieprozesses.
Die Erfindung betrifft ferner eine Belichtungsmaskeneinrichtung zur Ausführung eines Photolithografieprozesses für eine Vielzahl von Substraten, die auf einen Werkstückträger gehaltert sind, mit einer Belichtungsmaske.

Im Unterschied zur Halbleiterfertigung von Silicium-Wafern, die einzeln prozessiert werden, erfolgt die Herstellung z. B. von Mikromechaniksensoren mit relativ kleinen Substraten. Das Basissubstrat liegt hierbei in Form eines kleinen zylindrischen Stahlkörpers vor. Damit der Herstellungsprozess zur Aufbringung einer in Dünnschichttechnologie erstellten Schaltung auf solchen Substraten wirtschaftlich wird, müssen diese im Verbund prozessiert werden. Daher werden die einzelnen Basissubstrate in größerer Stückzahl auf einem Werkstückträger gehaltert und gemeinsam prozessiert.

Aus derartigen Substraten werden insbesondere Hochdrucksensoren gefertigt, die in vielen Systemen der Kraftfahrzeugtechnik sowie der Automatisierungstechnik Anwendung finden. Anwendungsgebiete sind z. B. die Benzindirekteinspritzung, Common-Rail-Technologie für Dieselfahrzeuge, elektrohydraulische Bremssysteme, Fahrdynamikregelung und vieles mehr.

Die Druckaufnahme erfolgt über die Auslenkung der Membran des Sensors, die mit einer Wheatstone'schen Meßbrücke in Dünnschichttechnik beschichtet ist. Die Strukturierung der Schaltung erfolgt mit einem photolithografischen Herstellungsprozeß. Auch die Kontaktierung und die Passivierung kann mit einem solchen Herstellungsschritt ausgeführt werden. Die Qualität der Hochdrucksensoren ist wesentlich von der Lagegenauigkeit der Widerstandsstrukturen der Wheatstone'schen Meßbrücke auf der Druckmembran abhängig. Die Widerstände müssen hierbei möglichst mittig auf der Druckmembran zu liegen kommen. Diese Lagegenauigkeit beeinflusst im wesentlichen die elektrischen Eigenschaften der Meßbrücke, wie z. B. die Spanne des vom Sensor gelieferten Signals.

Bei der Herstellung eines Hochdrucksensors ist daher der photolithografische Strukturierungsprozeß der Funktionsschicht zur Ausbildung der Widerstände wesentlich. Hierbei erfolgt in der Regel eine Vorkonditionierung der Oberfläche der Funktionsschicht, die Belackung der Funktionsschicht mit photosensitivem Lack, ein Ofenschritt zur Konditionierung des Lackes für die Belichtung, die Belichtung des Lackes durch eine Belichtungsmaske, das Entwickeln der abgelichteten Struktur, ein Ofenschritt zur Konditionierung der entwickelten Lackstruktur für das Ätzen, das Abbilden des Lackbildes in die Funktionsschicht durch einen Ätzprozeß und ein anschließendes Strippen der Fotolackmaske von der fertig geätzten Funktionsstruktur.

Damit wird die Lage der Widerstände bereits im Belichtungsschritt festgelegt. Es ist daher erforderlich, die vorvereinzelten, auf einen Werkstückträger gehalterten Substrate mit einer hinreichenden Lagegenauigkeit relativ zu einer Belichtungsmaske zu belichten. Im Unterschied zu der Belichtung von Silicium-Wafern bei der Halbleiterfertigung, die an einem Stück zu der abbildenden Belichtungsmaske, z. B. einer Quarzmaske, ausgerichtet werden können, besteht bei der Belichtung der vorvereinzelten Vielzahl von Substraten für jedes Substrat eine Lageungenauigkeit zur abbildenden Belichtungsmaske.

Herkömmlicherweise werden die Substrate in fest verschraubten Werkstückträgern gehandhabt, die jeweils einzeln zur Belichtungsmaske ausgerichtet werden müssen. Dieser Vorgang des Ausrichtens erfolgt manuell.

Bei dem Verfahren der Projektionsbelichtung der Firma Nagano Keiki Co. Ltd. ist jeweils ein spezieller Werkstückträger vorgesehen, der automatisch positionierbar ist. Dieser Werkstückträger ist für die Folgeprozesse nicht identisch.

Aufgabe der Erfindung war es, ein verbessertes Verfahren zum Ausrichten einer Vielzahl von Substraten zu schaffen, die auf einem Werkstückträger gehaltert sind, so dass eine großserientaugliche Fertigung bei einer hinreichenden Lagegenauigkeit der Strukturen auf den Substraten ermöglicht wird, ohne in einen extra Werkstückträger umhorden zu müssen.

Die Aufgabe wird mit dem gattungsgemäßen Verfahren gelöst durch

- Ausrichten und Fixieren einer Belichtungsmaske zu einem Justageblech, wobei das Justageblech passgenaue Durchführungsbohrungen zur Aufnahme jeweils eines Substrates pro Durchführungsbohrung hat und
- Einschieben der Substrate, die auf dem Werkstückträger gehaltert sind, in die Durchführungsbohrungen des Justageblechs.

Durch die Verwendung eines Justageblechs mit passgenauen Durchführungsbohrungen, in die die Substrate jeweils eingeschoben werden, ist nur noch eine einmalige Ausrichtung und Fixierung der Belichtungsmaske zum Justageblech erforderlich. Anschließend können im kontinuierlichen Fertigungsprozeß die Werkstückträger mit den gehalterten Substraten in Richtung des Justageblechs bewegt werden, so dass die Substrate in die Durchführungsbohrungen eingeschoben und auf diese Weise automatisch justiert werden.

Damit sind manuelle Umhordevorgänge der Substrate von einem Werkstückträgersystem in ein anderes nicht mehr erforderlich. Die mit Substraten bestückten Werkstückträger können nunmehr vollautomatisch bearbeitet werden. Dabei braucht nicht jeder bestückte Werkstückträger zur Belichtungsmaske ausgerichtet werden. Vielmehr muss die Belichtungsmaske nur noch einmal zum Justageblech ausgerichtet werden. Weiterhin ist nur ein einziges Justageblech pro Belichtungsmaske erforderlich und es braucht nicht auf jeden zu belichtenden Werkstückträger ein solches Justageblech aufgesetzt werden.

Vorzugsweise erfolgt das Einschieben der Substrate mit spiralförmigen Bewegungen, so dass das Einfädeln der Substrate beim Einschieben in die Durchführungsbohrungen vereinfacht wird. Das Ausrichten der Belichtungsmaske auf das Justageblech erfolgt vorzugsweise mit Hilfe von Justagemarken, die an der Belichtungsmaske und im Justageblech vorgesehen sind. Die Justagemarken sind hierbei in aufeinander abgestimmten Abständen an der Belichtungsmaske und dem Justageblech angeordnet. Sie können bei der Fertigung der Belichtungsmaske bzw. des Justageblechs eingebracht sein. Ebenfalls ist es möglich, kleine Einlegeteile als Justagemarken in das Justageblech einzubringen. Das Ausrichten erfolgt dann vorzugsweise mittels automatischer optischer Detektion der Justagemarken.

Die Aufgabe wird ferner durch die gattungsgemäße Belichtungsmaskeneinrichtung gelöst durch ein Justageblech mit passgenauen Durchführungsbohrungen zur Aufnahme jeweils eines Substrates pro Durchführungsbohrung, und Mittel zum Ausrichten und Fixieren der Belichtungsmaske und des Justageblechs zueinander.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Justageblech einen Vakuumkanal zum Ansaugen und Saugfixieren des Justageblechs an die Belichtungsmaskeneinrichtung hat. Der Vakuumkanal sollte sich dann im Randbereich entlang der Außenkante des Justageblechs erstrecken. Durch Luftabsaugung, z. B. durch eine Bohrung in der Belichtungsmaskeneinrichtung, wird dann ein Vakuum in dem Vakuumkanal erzeugt und die Belichtungsmaskeneinrichtung und das Justageblech miteinander verbunden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 Skizze eines photolithografischen Prozesses zur Erzeugung von Dünnschichtstrukturen;

Fig. 2 Querschnittsansicht einer Belichtungsmaskeneinrichtung mit einem Justageblech und einem gegenüberliegenden Werkstückträger mit gehalterten Substraten;

Fig. 3 Skizze der Belichtungsmaskeneinrichtung aus Fig. 2 mit Substraten, die in die Durchführungsbohrungen des Justageblechs eingeschoben sind;

Fig. 4 Querschnittsansicht eines Justageblechs für die Belichtungsmaskeneinrichtung aus Fig. 2 und 3;

Fig. 5 Draufsicht auf das Justageblech aus Fig. 4;

Fig. 6 Querschnittsansicht eines Ausschnitts des Justageblechs aus Fig. 4.

Die Fig. 1 lässt eine Skizze eines photolithografischen Prozesses zur Herstellung von Dünnschichtstrukturen erkennen.
In einem ersten Schritt a) erfolgt das Auftragen einer Photolackschicht 1 auf die zu strukturierende Funktionsschicht 2 des Substrats. Die Funktionsschicht 2 befindet sich auf einer Isolierschicht 4.
In einem zweiten Schritt b) wird eine Belichtungsmaske 5 auf das Substrat 3 ausgerichtet und die Photolackschicht 1 mit ultraviolettem Licht bestrahlt. Die belichteten Bereiche 6 der Photolackschicht 1 bilden die gewünschte Struktur.
In einem dritten Schritt c) wird die belichtete Photolackschicht 1 entwickelt, so dass die Photolackschicht 1 in den belichteten Bereichen 6 entfernt wird.
In einem vierten Schritt d) wird die Oberfläche der Substrate 3 geätzt, so dass die Funktionsschicht 2 in den belichteten Bereichen 6 entfernt wird.
In einem fünften Schritt e) wird die Photolackschicht 1 abgewaschen, so dass nunmehr eine strukturierte Funktionsschicht 2 verbleibt.
Die Fig. 2 zeigt eine Belichtungsmaskeneinrichtung 7 für einen solchen photolithografischen Prozess im Querschnitt. Auf einen Werkstückträger 8 sind eine Vielzahl von Substrate 3 gehaltert. Der Werkstückträger 8 ist auf einen Bearbeitungs-Chuck 9 der Belichtungsmaskeneinrichtung 7 montiert, die in Z-Richtung (Pfeil) verschiebbar ist.
Gegenüberliegend von dem Bearbeitungs-Chuck 9 mit dem Werkstückträger 8 ist ein Halterahmen 10 zum Halten der Belichtungsmaske 5, insbesondere einer Quarzmaske, angeordnet. Erfindungsgemäß ist auf der Belichtungsmaske 5 ein Justageblech 12 fixiert, das relativ zu der Belichtungsmaske 11 ausgerichtet ist. Das Justageblech 12 hat eine Vielzahl von Durchführungsbohrungen 13 zur Aufnahme jeweils eines Substrates 3. Die Durchführungsbohrungen 13 sind hierbei so passgenau, dass die Substrate 3 optimal auf die Belichtungsmaske 5 ausgerichtet sind, wenn diese in die Durchführungsbohrungen 13 eingeschoben und das Justageblech 12 optimal auf die Belichtungsmaske 5 ausgerichtet ist.
In dem Randbereich entlang der Außenkante des Justageblechs 12 ist ein Vakuumkanal 14 vorgesehen, um das Justageblech 12 an die Belichtungsmaske 5 anzusaugen und zu fixieren. Ein entsprechender umlaufender Vakuumkanal 15 ist in dem Halterahmen 10 vorhanden. Eine Bohrung 16 in der Belichtungsmaske 5 sorgt für einen Vakuumdurchtritt von dem Vakuumkanal 15 des Halterahmens 10 in den Vakuumkanal 14 des Justageblechs 12.
Die Fig. 3 lässt die Belichtungsmaskeneinrichtung 7 aus der Fig. 2 erkennen, wobei nunmehr der Bearbeitungs-Chuck 9 in Z-Richtung zu dem Halterahmen 10 bewegt ist. Die Substrate 3 liegen nunmehr optimal justiert und passgenau in den Durchführungsbohrungen 13 des Justageblechs 12 und sind hierdurch auf die Belichtungsmaske 5 ausgerichtet. In dieser Stellung kann nun die Belichtung, z. B. mittels UV- Strahlung, erfolgen.
Die Fig. 4 lässt das Justageblech 12 im Querschnitt erkennen. Es wird deutlich, dass die Durchführungsbohrungen 3 eine Fase auf der zum Werkstückträger 8 liegenden Seite des Justageblechs 12 haben, von der die Substrate 3 eingeführt werden. Auf diese Weise wird das Spiel der Substrate 3 in der Z-Achse beim Einführen verringert. Das Ausrichten der Substrate 3 beim Einführen in die passgenauen Durchführungsbohrungen 13 erfolgt vorzugsweise mit spiralförmigen Bewegungen des Werkstückträgers 8, so dass die Substrate 3 in die optimale Position geführt werden.
Aus der Fig. 4 ist ferner erkennbar, dass das Justageblech 12 Justagemarken 15 hat, die in Form von Bohrungen realisiert sein können, mit denen das Justageblech 12 optisch auf die Belichtungsmaske 5 ausgerichtet werden kann. An der Belichtungsmaske 5 sind ebenfalls nicht dargestellte Justagemarken an den entsprechenden Positionen vorgesehen.
Die Fig. 5 lässt das Justageblech 12 in der Draufsicht erkennen. Es wird deutlich, dass eine Vielzahl von Durchführungsbohrungen 13 in das Justageblech 12 eingebracht sind. Diese sind entsprechend der zugehörigen Belichtungsmaske 5 angeordnet.
Im Randbereich entlang der Außenkante des Justageblechs 12 erstreckt sich ein umlaufender Vakuumkanal 14, um das Justageblech 12 an eine Belichtungsmaske 5 mittels Saugkraft zu fixieren. In dem Vakuumkanal 14 ist eine Verbreiterung 17 vorgesehen, die genau unterhalb der Bohrung 16 der Belichtungsmaske 5 zu liegen kommt, so dass ein Vakuumdurchgriff zu dem Halterahmen 10 gewährleistet wird.
Weiterhin sind zwei Justagemarken 18 auf dem Justageblech 12 angebracht, um das Justageblech 12 auf die Belichtungsmaske 5 optisch auszurichten.
Die Fig. 6 lässt das Justageblech 12 im Querschnitt als Ausschnitt erkennen. Es wird besonders deutlich, dass die Durchgriffsbohrungen 13jeweils eine Fase haben, um die Substrate 3 ohne mechanische Beschädigung in die passgenaue Durchführungsbohrung 13 einzufädeln. Weiterhin ist die beispielhaft als Bohrung ausgeführte Justagemarke 15 erkennbar.
Das Justageblech 12 hat zudem einen Absatz 19 zwischen dem Randbereich und dem Bereich der Durchführungsbohrungen 13. Dieser Absatz 19 gewährleistet, dass zwischen dem strukturierten Bereich der Belichtungsmaske 5 und dem Justageblech 12 bzw. den Substraten 3 ein definierter Abstand herrscht, der zum Schutz für die Strukturen der Belichtungsmaske 5 notwendig ist.

Claims

1. Verfahren zur Ausrichtung einer Vielzahl von Substraten (3), die auf einem Werkstückträger (8) gehaltert sind, auf eine Belichtungsmaske (5) zur Ausführung eines Photolithografieprozesses, gekennzeichnet durch
Ausrichten und Fixieren der Belichtungsmaske (5) auf ein Justageblech (12), wobei das Justageblech (12) passgenau Durchführungsbohrungen (13) zur Aufnahme jeweils eines Substrates (3) pro Durchführungsbohrung (13) hat und
Einschieben der Substrate (3), die auf dem Werkstückträger (8) gehaltert sind, in die Durchführungsbohrungen (13) des Justagebleches (12).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einschieben der Substrate (3) mit spiralförmigen Bewegungen erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Ausrichten der Belichtungsmasken (5) auf das Justageblech (12) mit Hilfe von Justagemarken (15), die an der Belichtungsmaske (5) und dem Justageblech (12) vorgesehen sind.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausrichten mittels automatischer optischer Detektion der Justagemarken (15) erfolgt.

5. Belichtungsmaskeneinrichtung (7) zur Ausführung eines Photolithografieprozesses für eine Vielzahl von Substraten (3), die auf einem Werkstückträger (8) gehaltert sind, mit einer Belichtungsmaske (5), gekennzeichnet durch eine Justageblech (12) mit passgenauen Durchführungsbohrungen (13) zur Aufnahme jeweils eines Substrats (3) pro Durchführungsbohrung (13), und Mitteln zum Ausrichten und Fixieren der Belichtungsmaske (5) und des Justageblechs (12) zueinander.

6. Belichtungsmaskeneinrichtung (7) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstückträger (8) verschieblich in Richtung der Belichtungsmaskeneinrichtung (7) ist, um die auf dem Werkstückträger (8) gehalterten Substrate (3) in die Durchführungsbohrungen (13) des Justageblechs (12) einzuschieben.

7. Belichtungsmaskeneinrichtung (7) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Belichtungsmaskeneinrichtung (7) und der Werkstückträger (8) so ausgebildet sind, dass das Einschieben der Substrate (3) mit spiralförmigen Bewegungen erfolgt.

8. Belichtungsmaskeneinrichtung (7) nach einem der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, dass die Belichtungsmaske (5) und das Justageblech (12) Justagemarken (15) zum Ausrichten der Belichtungsmaske (5) und des Justagebleches (12) zueinander haben.

9. Belichtungsmaskeneinrichtung (7) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Justageblech (12) einen Vakuumkanal (14) zum Ansaugen und Saugfixieren des Justageblechs (12) an die Belichtungsmaskeneinrichtung (7) hat, wobei sich der Vakuumkanal (14) im Randbereich entlang der Außenkante des Justageblechs (12) erstreckt.

10. Belichtungsmaskeneinrichtung (7) nach einem der Ansprüche 5-9, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchführungsbohrungen (13) in dem Justageblech (12) jeweils eine Fase zur Einführung der Substrate (3) haben.