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Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Vorzug der am 11. Oktober 2012 eingereichten vorläufigen US-Anmeldung mit dem Aktenzeichen 61/712,280, deren gesamter Inhalt für alle Zwecke durch Bezugnahme hier mit aufgenommen ist.
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Im Allgemeinen betreffen verschiedene Ausführungsformen eine Fotolithografiemaske, eine Fotolithografiemasken-Anordnung und ein Verfahren zur Belichtung eines Wafers.
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Für gewöhnlich kann die Fotolithografie bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen eingesetzt werden, um Muster auf einem Halbleiterwerkstück, wie z. B. einem Wafer, zu erstellen. Ein Abbild einer Fotolithografiemaske kann auf einen lichtempfindlichen Fotolack, der zumindest Teile des Wafers überdeckt, mittels Belichtung übertragen werden. In diesem Zusammenhang kann es wünschenswert sein, einen Annäherungsspalt zwischen der Fotolithografiemaske und dem Wafer zu reduzieren, z. B. um die Auflösung der Belichtung zu erhöhen.
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Eine Fotolithografiemaske gemäß einer Ausführungsform kann Folgendes enthalten: ein Maskensubstrat, wobei das Maskensubstrat ein dreidimensionales Muster aufweist, das so positioniert und dimensioniert ist, um ein invertiertes dreidimensionales Muster eines mittels der Fotolithografiemaske zu belichtenden Wafers zumindest teilweise aufzunehmen.
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Gemäß einer Ausführungsform kann das dreidimensionale Muster des Maskensubstrats zumindest eine Vertiefung enthalten, die so positioniert und dimensioniert ist, um zumindest einen Vorsprung des invertierten dreidimensionalen Musters des Wafers zumindest teilweise aufzunehmen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die zumindest eine Vertiefung eine Breite aufweisen, die in einem Bereich von in etwa 0,1 mm bis in etwa 100 mm liegt, zum Beispiel kann die zumindest eine Vertiefung gemäß einer weiteren Ausführungsform eine Breite von in etwa 6 mm aufweisen. Gemäß anderen Ausführungsformen können andere Werte auch möglich sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die zumindest eine Vertiefung eine Tiefe aufweisen, die in einem Bereich von in etwa 50 μm bis in etwa 1000 μm liegt, zum Beispiel kann die zumindest eine Vertiefung gemäß einer weiteren Ausführungsform eine Tiefe von in etwa 300 μm aufweisen. Gemäß anderen Ausführungsformen können andere Werte auch möglich sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die mindestens eine Vertiefung ringförmig sein, entsprechend einem Verstärkerring des Wafers. Zum Beispiel kann die mindestens eine Vertiefung eine ringförmige Nut enthalten oder sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Maskensubstrat ein transparentes Material, wie zum Beispiel Quarzglas, Kalziumfluorid oder andere geeignete transparente Materialien, enthalten oder daraus bestehen.
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Eine Fotolithografiemaske gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann Folgendes enthalten: ein Maskensubstrat; und eine ringförmige Nut, die sich im Maskensubstrat befindet und so dimensioniert ist, um einen Verstärkerring eines mittels der Fotolithografiemaske zu belichtenden Wafers zumindest teilweise aufzunehmen.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die Nut eine Breite aufweisen, die in einem Bereich von in etwa 0,1 mm bis in etwa 100 mm liegt, zum Beispiel kann die Nut gemäß einer weiteren Ausführungsform eine Breite von in etwa 6 mm aufweisen. Gemäß anderen Ausführungsformen können andere Werte auch möglich sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Nut eine Tiefe aufweisen, die in einem Bereich von in etwa 50 μm bis in etwa 1000 μm liegt, zum Beispiel kann die Nut gemäß einer weiteren Ausführungsform eine Tiefe von in etwa 300 μm aufweisen. Gemäß anderen Ausführungsformen können andere Werte auch möglich sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Maskensubstrat ein transparentes Material, wie zum Beispiel Quarzglas, Kalziumfluorid oder andere geeignete transparente Materialien, enthalten oder daraus bestehen.
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Eine Fotolithografiemasken-Anordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann Folgendes enthalten: eine ein Maskensubstrat enthaltende Fotolithografiemaske, wobei das Maskensubstrat ein dreidimensionales Muster aufweist, das so positioniert und dimensioniert ist, um ein invertiertes dreidimensionales Muster eines mittels der Fotolithografiemaske zu belichtenden Wafers zumindest teilweise aufzunehmen; und einen Wafer, der ein invertiertes dreidimensionales Muster aufweist.
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Gemäß einer Ausführungsform kann das dreidimensionale Muster des Maskensubstrats zumindest eine Vertiefung enthalten, die so positioniert und dimensioniert ist, um zumindest einen Vorsprung des invertierten dreidimensionalen Musters des Wafers zumindest teilweise aufzunehmen; und das invertierte dreidimensionale Muster des Wafers kann zumindest einen der mindestens einen Vertiefung entsprechenden Vorsprung enthalten.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die zumindest eine Vertiefung eine Breite aufweisen, die in einem Bereich von in etwa 0,1 mm bis in etwa 20 mm liegt, zum Beispiel kann die zumindest eine Vertiefung gemäß einer weiteren Ausführungsform eine Breite von in etwa 6 mm aufweisen. Gemäß anderen Ausführungsformen können andere Werte auch möglich sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die zumindest eine Vertiefung eine Tiefe aufweisen, die in einem Bereich von in etwa 50 μm bis in etwa 1000 μm liegt, zum Beispiel kann die zumindest eine Vertiefung gemäß einer weiteren Ausführungsform eine Tiefe von in etwa 300 μm aufweisen. Gemäß anderen Ausführungsformen können andere Werte auch möglich sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der zumindest eine Vorsprung einen Verstärkerring des Wafers enthalten oder ihm entsprechen; und die mindestens eine Vertiefung kann ringförmig sein, entsprechend dem Verstärkerring.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Maskensubstrat ein transparentes Material, wie zum Beispiel Quarzglas, Kalziumfluorid oder andere geeignete transparente Materialien, enthalten oder daraus bestehen.
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Ein Verfahren zur Belichtung eines Wafers gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann folgende Schritte enthalten: Bereitstellen einer Fotolithografiemaske, enthaltend ein Maskensubstrat, wobei das Maskensubstrat ein dreidimensionales Muster aufweist, das so positioniert und dimensioniert ist, um ein invertiertes dreidimensionales Muster eines mittels der Fotolithografiemaske zu belichtenden Wafers zumindest teilweise aufzunehmen; Bereitstellen eines Wafers mit dem invertierten dreidimensionalen Muster; Anordnen der Fotolithografiemaske über dem Wafer, sodass das invertierte dreidimensionale Muster des Wafers vom dreidimensionalen Muster des Maskensubstrats zumindest teilweise aufgenommen ist; Belichten des Wafers unter Verwendung der Fotolithografiemaske.
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Gemäß einer Ausführungsform kann das Anordnen der Fotolithografiemaske oberhalb des Wafers das derartige Anordnen der Fotolithografiemaske enthalten, dass ein Annäherungsspalt zwischen der Fotolithografiemaske und dem Wafer kleiner gleich in etwa 50 μm ist, zum Beispiel im Bereich von in etwa 10 μm bis etwa 50 μm gemäß einer weiteren Ausführungsform. Gemäß anderen Ausführungsformen können andere Werte auch möglich sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das dreidimensionale Muster des Maskensubstrats zumindest eine Vertiefung enthalten, die so positioniert und dimensioniert ist, um zumindest einen Vorsprung des invertierten dreidimensionalen Musters des Wafers zumindest teilweise aufzunehmen; und das invertierte dreidimensionale Muster des Wafers kann zumindest einen der mindestens einen Vertiefung entsprechenden Vorsprung enthalten.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die zumindest eine Vertiefung eine Breite aufweisen, die im Bereich von in etwa 0,1 mm bis in etwa 20 mm liegt, zum Beispiel kann die zumindest eine Vertiefung gemäß einer weiteren Ausführungsform eine Breite von in etwa 6 mm aufweisen. Gemäß anderen Ausführungsformen können andere Werte auch möglich sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die zumindest eine Vertiefung eine Tiefe aufweisen, die im Bereich von in etwa 50 μm bis in etwa 1000 μm liegt, zum Beispiel kann die zumindest eine Vertiefung gemäß einer weiteren Ausführungsform eine Tiefe von in etwa 300 μm aufweisen. Gemäß anderen Ausführungsformen können andere Werte auch möglich sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der zumindest eine Vorsprung einen Verstärkerring des Wafers enthalten oder daraus bestehen; und die mindestens eine Vertiefung kann ringförmig sein, entsprechend dem Verstärkerring.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Maskensubstrat ein transparentes Material, wie zum Beispiel Quarzglas, Kalziumfluorid oder andere geeignete transparente Materialien, enthalten oder daraus bestehen.
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In den Zeichnungen beziehen sich die gleichen Bezugszeichen im Allgemeinen auf die gleichen Teile in allen verschiedenen Ansichten. Die Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstabsgetreu, denn im Allgemeinen liegt der Schwerpunkt stattdessen darin, die Prinzipien der verschiedenen Ausführungsformen darzustellen. In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Ausführungsformen mit Bezug auf die folgenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1 eine Mask-Aligner-Anordnung;
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2A eine Fotolithografiemasken-Anordnung gemäß einer Ausführungsform;
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2B eine vergrößerte Ansicht eines Teils der Fotolithografiemasken-Anordnung nach 2A.
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3 eine Fotolithografiemasken-Anordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform;
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4 ein Verfahren zur Belichtung eines Wafers gemäß einer weiteren Ausführungsform.
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Die folgende ausführliche Beschreibung bezieht sich auf die beiliegenden Zeichnungen, die spezifische Details und Ausführungsformen, mit denen die Erfindung ausgeführt werden kann, in beispielhafter Weise zeigen. Diese Ausführungsformen sind ausführlich genug beschrieben, sodass ein Fachmann die Erfindung ausführen kann. Andere Ausführungsformen können verwendet werden und strukturelle, logische und elektrische Änderungen. können vorgenommen werden, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen. Die verschiedenen Ausführungsformen schließen sich nicht unbedingt gegenseitig aus, denn manche Ausführungsformen können mit einer oder mehreren anderen Ausführungsformen kombiniert werden, um neue Ausführungsformen zu bilden.
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Für gewöhnlich kann die Fotolithografie bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen eingesetzt werden, um Muster (anders ausgedrückt Strukturierungen) auf einem Halbleiterwerkstück, wie z. B. einem Wafer, zu erstellen. Ein Abbild einer Fotolithografiemaske (hierin auch als Fotomaske oder kurz als Maske bezeichnet) kann auf einen lichtempfindlichen Fotolack, der zumindest Teile des Wafers überdeckt, mittels Belichtung übertragen werden. Zum Beispiel kann es in MEMS (Mikrosystemen) notwendig sein, dass ein Wafer auf der Vorderseite und Rückseite strukturiert ist. In diesem Zusammenhang kann es wünschenswert sein, einen Annäherungsspalt zwischen der Fotomaske und dem Wafer zu reduzieren, z. B. um die Auflösung der Belichtung zu erhöhen.
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Mask-Aligner (MA) können oft dazu verwendet werden, die Maske auszurichten, d. h., die Maske genau relativ zum Wafer zu positionieren.
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Manchmal kann ein Wafer eine Topografie oder ein Oberflächenprofil aufweisen, die oder das einen oder mehrere Teile oder Bereiche aufweist, wie zum Beispiel ein Verstärkerring, die signifikant höher als die übrigen Teile oder Bereiche der Wafer-Oberfläche vorstehen können. Zum Beispiel kann ein (zum Beispiel durch Schleifen gedünnter) dünner Wafer (zum Beispiel mit einer Dicke von in etwa 50 μm) einen Verstärkerring aufweisen, der auf der Wafer-Rückseite an einem äußeren Rand des Wafers angeordnet werden kann, d. h., der Wafer kann vorstehende Gebiete, die dicker als der restliche Anteil oder dicker als die Dicke des Wafers („hohe Topografie”) sind, aufweisen. In den vorstehenden Gebieten kann der Wafer zum Beispiel in etwa 400 μm dick sein, aber auch andere Werte können möglich sein.
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In diesem Fall von Strukturierung auf der Wafer-Rückseite kann, aufgrund der Gegenwart der vorstehenden Bereiche (z. B. des Verstärkerrings), der Annäherungsspalt zwischen der Maske und dem Wafer zu groß sein, um eine gute Musterauflösung mit einem Mask-Aligner (MA) zu erhalten. Nur manche Belichtungswerkzeuge können die Rückseite, die eine Ausrichtung relativ zur Vorderseite aufweist, belichten, Mask-Aligners (MA) können oft ein so genanntes „Back-Side-Alignment-System (BSAS – Rückseitenausrichtungssystem)” aufweisen, welches eine Ausrichtung der Rückseite relativ zu der Vorderseite ermöglichen kann. Da ein MA im Prinzip nur zwei Ausrichtungsmarker verwendet, kann ein MA mit einem BSAS ausgerüstet sein, welches, wähnend einer Belichtung der Rückseite, Markierungen auf der Wafer-Vorderseite (in diesem Fall die der Spannvorrichtung zugewandte Seite) durch Öffnungen in der Spannvorrichtung ermitteln kann. Zum Beispiel kann dies für hoch dotierte Wafer oder für Wafer, die von einer Metallschicht bedeckt sind (zum Beispiel einer Keimschicht für Galvanisierung), vorgesehen sein, wo eine rückseitige Ausrichtung durch den Wafer mittels IR-Licht (Infrarot-Licht) von oben möglicherweise nicht mehr möglich ist. Besitzt jedoch der Wafer an manchen Orten eine extrem hohe Topografie (zum Beispiel ein Stabilisierungsring mit verstärktem Rand), muss unter Umständen ein dementsprechend großer Annäherungsspalt zwischen Maske und Wafer eingehalten werden, was wiederum die Auflösung der MA-Belichtung drastisch verschlechtern kann, so dass die Vorteile von BSAS in solchen Fällen aufgrund einer Auflösung, die nicht hoch genug ist, nicht ausgenützt werden können.
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Wafer ohne hohe Topografie (z. B. ohne Verstärkerring) können ohne Weiteres ausgerichtet (z. B. mittels Infrarotlicht (IR-Licht) oder Nah-IR-Licht) und mittels eines Mask-Aligners belichtet werden. Jedoch war es bis jetzt schwierig oder gar unmöglich, gestützte dünne Wafer mit hoher oder extrem hoher Topografie (z. B. Wafer mit Verstärkerring) auf einem Mask-Aligner mit akzeptabler Auflösung zu produzieren.
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1 zeigt eine beispielhafte Mask-Aligner-Anordnung 100. Die Mask-Aligner-Anordnung 100 kann eine Fotolithografiemaske 102, die zumindest im Wesentlichen flachen Oberflächen aufweist, und einen mittels Fotolithografiemaske 102 zu belichtenden Wafer 104, der zumindest im Wesentlichen flache Oberflächen (z. B. ohne Verstärkerring) aufweist, enthalten. Zum Beispiel kann die Fotolithografiemaske 102 ein transparentes Substrat (z. B. ein Glassubstrat) enthalten, wobei Teile des transparenten Substrats mit einer lichtabsorbierenden Schicht (zum Beispiel einer Chromschicht), die Licht absorbieren kann (nicht gezeigt, siehe z. B. 2B), überdeckt werden können. Der Wafer 104 kann eine Dicke aufweisen, die in einem Bereich von in etwa 25 μm bis in etwa 250 μm, z. B. in einem Bereich von in etwa 30 μm bis in etwa 150 μm, z. B. in einem Bereich von in etwa 35 μm bis in etwa 130 μm, z. B. in einem Bereich von in etwa 50 μm bis in etwa 100 μm, z. B. in einem Bereich von in etwa 60 μm bis in etwa 80 μm, liegen kann, zum Beispiel in etwa 70 μm sein kann. Da die Fotolithografiemaske 102 und der Wafer 104 zumindest im Wesentlichen flache Oberflächen haben, können die Fotolithografiemaske 102 und der Wafer 104 mit einem kleinen Annäherungsspalt relativ zueinander angeordnet sein.
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Die Fotolithografiemaske 102 und der Wafer 104 können über einem Träger (z. B. einem Glasträger) 106, der eine Dicke von in etwa 400 μm aufweist, angeordnet und über einer Spannvorrichtung 108 positioniert sein, zum Beispiel um den Wafer 104 unter Verwendung von der Fotolithografiemaske 102 zu belichten. Die Spannvorrichtung 108 kann Teil eines Mask-Aligners sein.
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Die Spannvorrichtung 108 kann eine oder mehrere Öffnungen enthalten, zum Beispiel eine erste Öffnung 110 und eine zweite Öffnung 112, die es erlauben können, das jeweilige Licht der jeweiligen Lichtquelle (z. B. Infrarot-(IR)-Lichtquelle) 114, 116 durch die jeweils erste 110 und zweite Eröffnung 112 zu leiten, um eine relative Ausrichtung der Fotolithografiemaske 102 und des Wafers 104 zu ermöglichen.
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Das Licht von der Lichtquelle 114 kann zumindest teilweise von einem reflektierenden Element (z. B. einem Strahlteiler oder einem Spiegel) 118 reflektiert und mit einer optischen Anordnung 120, die zum Beispiel einen Filter und/oder einer Linse enthalten kann, gekoppelt werden, so dass es die erste Öffnung 110 der Spannvorrichtung 108 passiert. Ebenso kann das Licht von der Lichtquelle 116 zumindest teilweise von einem reflektierenden Element (z. B. einem Strahlteiler oder einem Spiegel) 122 reflektiert und mit einer optischen Anordnung 124, die zum Beispiel einen Filter und/oder einer Linse enthalten kann, gekoppelt werden, sodass es die zweite Öffnung 112 der Spannvorrichtung 108 passiert.
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Das Licht, das die erste Öffnung 110 der Spannvorrichtung 108 passiert, kann zumindest teilweise die Fotolithografiemaske 102, den Wafer 104 und den Träger 106 auf den Weg zu einer optischen Anordnung 126, die zum Beispiel einen Filter und/oder eine Linse enthalten kann, passieren und es kann von einer ersten bildgebenden Vorrichtung (z. B. einer Kamera, z. B. einer CCD-Kamera, obgleich – sofern dies gewünscht ist – irgendeine andere Kamera verwendet werden kann) 128 gesammelt werden, um ein Bild zu formen. Ebenso kann das Licht, das die zweite Öffnung 112 der Spannvorrichtung 108 passiert, zumindest teilweise die Fotolithografiemaske 102, den Wafer 104 und den Träger 106 auf dem Weg zu einer optischen Anordnung 130, die zum Beispiel einen Filter und/oder eine Linse enthalten kann, passieren und es kann von einer zweiten bildgebenden Vorrichtung (z. B. einer Kamera, z. B. einer CCD-Kamera, obgleich – sofern dies gewünscht ist – irgendeine andere Kamera verwendet werden kann) 132 gesammelt werden, um ein weiteres Bild zu formen. Die von den bildgebenden Vorrichtungen 128, 132 gesammelten Bilder können dazu verwendet werden, die Fotolithograftemaske 102 relativ zum Wafer 104 zu leiten und eine korrekte Anordnung sicherzustellen.
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Ein Kühlsystem (z. B. ein Ventilator und/oder Kühlstrukturen wie z. B. Kühlrippen) 134 kann vorgesehen sein, zur Beispiel um die Lichtquellen 114, 116 und/oder irgendwelche anderen optischen Komponenten (z. B. 118, 120, 122, 124) zu kühlen.
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Es versteht sich, dass die in 1 dargestellte Konfiguration der Mask-Aligner-Anordnung 100 nur beispielhaft ist, und dass verschiedene Abänderungen oder Änderungen in Bezug auf die Anwesenheit oder Anordnung von einzelnen Komponenten (z. B. Lichtquellen, Optik, bildgebende Vorrichtungen, Kühlsystem, etc.) in einer Mask-Aligner-Anordnung im Allgemeinen gemacht werden können. Zum Beispiel können in anderen Mask-Aligner-Anordnungen eine oder mehrere der Komponenten der in 1 gezeigten Mask-Aligner-Anordnung 100 anders angeordnet oder konfiguriert sein, oder sie kann/können durch eine oder mehrere andere Komponenten ersetzt oder sie kann/können ausgelassen werden oder eine oder mehrere zusätzliche Komponenten können anwesend sein.
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Zum Beispiel kann es im Gegensatz zu der in 1 dargestellten Konfiguration, wo von unterhalb der Spannvorrichtung 108 ausgehendes IR-Licht durch die Öffnungen 110, 112, den Träger 106, den Wafer 104 und die Fotolithografiemaske 102 und in bildgebende Vorrichtungen 128, 132 auf der Vorderseite tritt, in einer anderen (nicht gezeigten) Konfiguration möglich sein, dass von unterhalb der Spannvorrichtung 108 ausgehendes Nah-IR Licht durch die Öffnungen 110, 112 und den Träger 106 tritt, zumindest teilweise von einem Muster an der Vorderseite des Wafers 104 reflektiert wird und dann wieder runter zu einer bildgebenden Vorrichtung auf der Rückseite geht.
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Bis jetzt war es nicht ohne Weiteres möglich, eine Belichtung von Wafern mit ungenügender IR-Transparenz und extremer Topografie zu erreichen. Im Fall eines großen Annäherungsspalts kann es möglich sein, große Ausrichtungsmarkierungen auf der Rückseite des Wafers mittels Belichtung mit einem Mask-Aligner zu erstellen. Diese Ausrichtungsmarkierungen können daraufhin von einem so genannten „Stepper” (ein Projektionsbelichtungswerkzeug, wo die vorderste Linse weit vom Wafer entfernt ist, sodass die Topografie des Wafers keine Rolle spielt) verwendet werden, um die Feinstrukturen zu erstellen. Jedoch werden die relativ groben Hilfsstrukturen, die zur Ausrichtung verwendet werden, aufgrund des Erstellungsprozesses im Allgemeinen nur schlecht definiert, sodass nur eine mittlere Überlagerungsgenauigkeit erreicht werden kann. Derzeit gibt es keine Geräte oder Werkzeuge (oder sie sind zu teuer) mit bildgebenden Optiken für den Fall, dass eine Maske für einen ganzen Wafer verwendet wird.
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Wenn ein Mask-Aligner verwendet wird (z. B. der in 1 gezeigte Mask-Aligner), kann der Tisch des Mask-Aligners zum Halten eines Wafers (z. B. der in 1 gezeigte Wafer 104) Öffnungen (z. B. die in 1 gezeigten Öffnungen 110, 112) aufweisen, die das Licht passieren lassen können. Die Maske (z. B. die in 1 gezeigte Maske 102) kann bewegt werden, um Ausrichtung mit dem Wafer zu ermöglichen. Um die Auflösung zu erhöhen, muss die Maske während der Belichtung nah an dem Wafer sein (kleiner Annäherungsspalt, z. B. im Bereich von in etwa 5 μm bis in etwa 100 μm, z. B. in dem Bereich von in etwa 7 μm bis in etwa 70 μm, z. B. in dem Bereich von in etwa 8 μm bis in etwa 60 μm, z. B. in dem Bereich von in etwa 10 μm bis in etwa 50 μm). Während der Ausrichtung muss die Maske unter Umständen weiter vom Wafer weg angeordnet sein (z. B. 0,5 mm bis 1 mm), da möglicherweise Mikroskope mit einer höheren Brennweite für Ausrichtungszwecke verwendet werden müssen.
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2A zeigt eine Seitenansicht einer Fotolithografiemasken-Anordnung 200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen und 2B zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Teils 220 der Fotolithografiemasken-Anordnung 200. Die Fotolithografiemasken-Anordnung 200 kann eine Fotolithografiemaske 201 und einen Wafer 210 enthalten. Die Fotolithografiemaske 201 kann ein Maskensubstrat 202 enthalten, das ein dreidimensionales Muster (z. B. eine dreidimensionale Form) aufweist, das so positioniert und dimensioniert ist, um ein invertiertes dreidimensionales Muster (z. B. eine dreidimensionale Form) des mittels der Fotolithografiemaske 201 zu belichtenden Wafers zumindest teilweise aufzunehmen. Das Maskensubstrat 202 kann ein transparentes Material enthalten oder daraus bestehen. Die Fotolithografiemaske 201 kann weiterhin eine lichtabsorbierende Schicht 203 enthalten, die auf eine oder mehrere Teilbereiche einer dem Wafer 210 zugewandten Maskensubstratoberfläche 202 aufgebracht wird, wie in 2B gezeigt. Zum Beispiel kann die lichtabsorbierende Schicht 203 ein lichtabsorbierendes Material, wie zum Beispiel Chrom oder Ähnliches, enthalten oder daraus bestehen. Der Wafer 210 kann eine auf einer der Fotolithografiemaske 201 zugewandten Oberfläche (z. B. auf der Rückseite) des Wafers 210 angeordnete fotosensitive Schicht 205 (z. B. eine Fotolackschicht) enthalten, wie in 2B gezeigt. Die lichtabsorbierende Schicht 203 kann ein Muster definieren, das während der Belichtung auf die fotosensitive Schicht 205 übertragen wird. 2B zeigt weiterhin einen Abstand 207 zwischen der Fotolithografiemaske 201 und dem Wafer 210, genauer gesagt zwischen der lichtabsorbierenden Schicht 203 der Fotolithografiemaske 201 und der fotosensitiven Schicht 205 des Wafers gemäß dieser Ausführungsform. Der Abstand 207 kann einen minimalen Abstand zwischen der Fotolithografiemaske 201 und dem Wafer 210 entsprechen und kann auch als Annäherungsspalt zwischen dem Wafer 210 und der Fotolithografiemaske 201 bezeichnet werden.
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Die Maske 201 kann eine oder mehrere Vertiefungen (z. B. eine oder mehrere Nuten) enthalten, zum Beispiel eine erste Nut 204 und eine zweite Nut 206. Die erste Nut 204 und die zweite Nut 206 können so positioniert und dimensioniert sein, um jeweils einen Vorsprung, zum Beispiel einen ersten Vorsprung 212 und einen zweiten Vorsprung 214, eines invertierten dreidimensionalen Musters des Wafers 210 zumindest teilweise aufzunehmen. Zum Beispiel können das Maskensubstrat 202 und der Wafer 210 so angeordnet sein, dass die erste Nut 204 dem ersten Vorsprung 212 und die zweite Nut 206 dem zweiten Vorsprung 214 entspricht. D. h., der erste Vorsprung 212 kann von der ersten Nut 204 (zumindest teilweise) aufgenommen (oder darin untergebracht) sein und der zweite Vorsprung 214 kann von der zweiten Nut 206 (zumindest teilweise) aufgenommen (oder darin untergebracht) sein. Die eine oder mehreren Vertiefungen (z. B. eine oder mehrere Nuten), zum Beispiel die erste Nut 204 und die zweite Nut 206, können zum Beispiel mechanisch (z. B. durch Fräsen) oder durch Belichtung (oder Strukturierung) und Ätzen geformt werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die erste Nut 204 und die zweite Nut 206 jeweils eine Breite von in etwa mindestens 100 μm (≥ 0,1 mm), zum Beispiel einer Breite in einem Bereich von in etwa 0,1 mm bis in etwa 100 mm, zum Beispiel einem Bereich von in etwa 0,1 mm bis in etwa 40 mm, zum Beispiel einem Bereich von in etwa 0,1 mm bis in etwa 20 mm, zum Beispiel einem Bereich von in etwa 1 mm bis in etwa 10 mm, zum Beispiel einer Breite von in etwa 6 mm, aufweisen. Gemäß anderen Ausführungsformen können auch andere Werte möglich sein.
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Gemäß den verschiedenen Ausführungsformen können die erste Nut 204 und die zweite Nut 206 jeweils eine Tiefe in einem Bereich von in etwa 50 μm bis in etwa 1000 μm, z. B. eine Tiefe in einem Bereich von in etwa 150 μm bis in etwa 500 μm, zum Beispiel eine Tiefe von in etwa 300 μm, aufweisen. Gemäß anderen Ausführungsformen können auch andere Werte möglich sein.
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Der Wafer 210 kann ein dünner Wafer sein. Die Dicke des Wafers 210 kann zum Beispiel im Bereich von in etwa 50 μm bis in etwa 150 μm, z. B. im Bereich von in etwa 70 μm bis in etwa 120 μm, liegen. Der erste Vorsprung 212 und der zweite Vorsprung 214 können jeweils – inklusive der Dicke des Wafers 210 – eine Dicke im Bereich von in etwa 30 μm bis in etwa 800 μm, z. B. im Bereich von in etwa 100 μm bis in etwa 400 μm, zum Beispiel in etwa 400 μm, aufweisen.
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In verschiedenen Ausführungsformen können die erste Nut 204 und die zweite Nut 206 durchgehend sein und eine Ringform aufweisen. D. h., die erste Nut 204 und die zweite Nut 206 können eine im Maskensubstrat 202 befindliche ringförmige Nut bilden. In verschiedenen Ausführungsformen können der erste Vorsprung 212 und der zweite Vorsprung 214 durchgehend und ein Verstärkerring sein. Daher können die erste Nut 204 und die zweite Nut 206, die in der Form einer ringförmigen Nut sind, zum Beispiel einen Verstärkerring des Wafers 210 (zumindest teilweise) aufnehmen.
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Das Maskensubstrat 202 kann ein transparentes Material, wie zum Beispiel Quarzglas, Kalziumfluorid oder andere geeignete transparente Materialien, enthalten oder daraus bestehen.
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Indem eine oder mehrere Vertiefungen (z. B. eine oder mehrere Nuten), zum Beispiel die erste Nut 204 und die zweite Nut 206, auf dem Maskensubstrat 202 vorgesehen werden, kann der Annäherungsspalt zwischen der Maske 201 und dem Wafer 210, der an manchen Punkten eine hohe Topografie aufweist (z. B. den ersten Vorsprung 212 und den zweiten Vorsprung 214, zum Beispiel einen verstärkten Randstabilisationsring), reduziert werden, da die hohen Topografien von der ersten Nut 204 und der zweiten Nut 206 (zumindest teilweise) aufgenommen (oder darin untergebracht) sein können. Daher können sich das dreidimensionale Muster des Maskensubstrats 202 und das invertierte dreidimensionale Muster des Wafers 210 ergänzen.
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Obwohl nicht in 2A gezeigt, versteht es sich, dass der erste Vorsprung 212 und der zweite Vorsprung 214 (oder im Allgemeinen eine Mehrzahl von Vorsprüngen) gemäß manchen Ausführungsformen verschiedene Höhen aufweisen können, zum Beispiel in einer oder mehreren Ausführungsformen, wo die Vorsprünge physisch voneinander getrennt oder diskontinuierlich sind. D. h., der erste Vorsprung 212 kann eine Höhe aufweisen, die von einer Höhe des zweiten Vorsprungs 214 verschieden ist. Entsprechend kann die erste Nut 204 (die dazu ausgeführt sein kann, den ersten Vorsprung 212 zumindest teilweise aufzunehmen) eine Tiefe aufweisen, die von der Tiefe der zweiten Nut 206 (die dazu ausgeführt sein kann, den zweiten Vorsprung 214 zumindest teilweise aufzunehmen) verschieden ist.
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Gemäß manchen Ausführungsformen wird eine Fotolithografiemaske (hierin auch als Fotomaske oder kurz als Maske bezeichnet) bereitgestellt, die eine in der Maske (zum Beispiel in einem Maskensubstrat der Maske) befindliche Nut aufweist. Mittels der Nut kann der Annäherungsspalt zwischen der Maske (z. B. zwischen einem aktiven Teil der Maske hinsichtlich eines zu druckenden Musters) und einem Wafer mit einem Verstärkerring soweit reduziert werden, dass eine klare (d. h., hohe) Definition der Strukturen ermöglicht wird. Der Verstärkerring kann von der Nut (zumindest teilweise) aufgenommen (oder darin untergebracht) sein, siehe z. B. 2A.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine dreidimensional strukturierte Fotomaske (Maske) vorgesehen werden, die zum Beispiel dazu verwendet werden kann, einen Wafer oder Wafer mit extremer einzelner Topografie auf einem Mask-Aligner zu belichten, um eine gute Auflösung zu erreichen. Die Strukturen auf der Maske können zum Beispiel eine oder mehrere Vertiefungen (z. B. Nuten) enthalten oder sein, die Strukturen, die von der Waferoberfläche vorstehen, zumindest teilweise aufnehmen oder unterbringen können und damit einen kleinen Annäherungsspalt zwischen der Maske und dem Wafer erlauben.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können eine oder mehrere Vertiefungen an Positionen in einer Fotomaske (zum Beispiel in einem Maskensubstrat der Maske) gebildet werden, die den Positionen eines Wafers, wo der Wafer einen Vorsprung oder Vorsprünge aufweist, entsprechen. Zum Beispiel können die Vertiefungen an den Positionen des Wafers, wo die Strukturen der Wafertopografie besonders hoch vorstehen, gebildet werden. Damit kann es möglich sein, die Maske nah genug an den Wafer heranzuführen (entsprechend einem kleinen Annäherungsspalt), so dass eine gute Auflösung erreicht werden kann und dass zum Beispiel ein Mask-Aligner wieder für die rückseitige Ausrichtung verwendet werden kann. Damit können Wafer mit einer niederen IR-Transparenz und einer hohen einzelnen Topografie auf der Rückseite mit guter Präzision und Ausrichtung bezüglich der Vorderseite belichtet werden, und zwar in einem einzigen Verfahrensschritt, ohne die Notwendigkeit zunächst Hilfsausrichtungsmarker zu erstellen.
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Gemäß manchen Ausführungsformen kann eine Fotomaske mit einer Vertiefung vorgesehen werden. Mittels der Vertiefung in der Maske kann der Annäherungsspalt zwischen der Maske und einem Wafer soweit reduziert werden, dass eine klare (d. h. hohe) Auflösung der Strukturen ermöglicht wird. Ein Verstärkerring des Wafers kann zumindest teilweise in der Vertiefung aufgenommen sein, wie z. B. in 3 gezeigt.
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3 zeigt eine Fotolithografiemasken-Anordnung 300 gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Die Fotolithografiemasken-Anordnung 300 kann eine Fotolithografiemaske 201, inklusive eines Maskensubstrats 202, und einen Wafer 302 enthalten, wobei das Maskensubstrat 202 ein dreidimensionales Muster (zum Beispiel eine dreidimensionale Form) aufweist, das so positioniert und dimensioniert ist, um ein invertiertes dreidimensionales Muster eines mittels der Fotolithografiemaske 201 zu belichtenden Wafers 302 zumindest teilweise zu empfangen, und die Maske 302 weist das invertierte dreidimensionale Muster auf. Der Wafer 302 kann eine Dicke von in etwa 120 μm aufweisen. Der Wafer 302 kann ein dünner Wafer sein.
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Das Maskensubstrat 202 kann zumindest eine Vertiefung (z. B. eine Nut) enthalten, zum Beispiel eine erste Nut 204 und eine zweite Nut 206, die wie im Zusammenhang mit der Ausführungsform von 2A beschrieben sein können. Die erste Nut 204 und die zweite Nut 206 können jeweils eine Breite im Bereich von in etwa 0,1 mm bis in etwa 100 mm, z. B. eine Breite im Bereich von in etwa 1 mm bis in etwa 10 mm, z. B. eine Breite von in etwa 6 mm, aufweisen. Zudem können die erste Nut 204 und die zweite Nut 206 jeweils eine Tiefe im Bereich von in etwa 50 μm bis in etwa 1000 μm, z. B. eine Tiefe im Bereich von in etwa 150 μm bis in etwa 500 μm, zum Beispiel eine Tiefe von in etwa 300 μm, aufweisen.
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Das invertierte dreidimensionale Muster des Wafers 302 kann zumindest einen Vorsprung, zum Beispiel einen ersten Vorsprung 304 und einen zweiten Vorsprung 306, oder eine Mehrzahl von Vorsprüngen (d. h. irgendeine Nummer größer gleich zwei) enthalten. Das Maskensubstrat 202 und der Wafer 304 können so angeordnet sein, dass die erste Nut 204 dem ersten Vorsprung 304 und die zweite Nut 206 dem zweiten Vorsprung 306 entspricht. D. h., der erste Vorsprung 304 kann von der ersten Nut 204 (zumindest teilweise) aufgenommen (oder darin untergebracht) werden und der zweite Vorsprung 306 kann von der zweiten Nut 206 (zumindest teilweise) aufgenommen (oder darin untergebracht) werden. Der erste Vorsprung 304 und der zweite Vorsprung 306 haben jeweils eine Dicke von in etwa 400 μm, inklusive der Dicke des Wafers 302.
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Wie in 3 dargestellt, können die erste Nut 204 und die zweite Nut 206 eine ringförmige Nut bilden und der erste Vorsprung 304 und der zweite Vorsprung 306 können ein Verstärkerring des Wafers 302, der der ringförmigen Nut entspricht, sein oder ihn beinhalten.
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Die Fotolithografiemaske 201 und der Wafer 302 können über einem Träger (z. B. einem Glasträger) 308 angeordnet und über einer Spannvorrichtung 310 positioniert sein, zum Beispiel zur Belichtung des Wafers 302 unter Verwendung von der Fotolithografiemaske 201. Der Träger 308 kann zur Verstärkung eingesetzt und gegebenenfalls für einen dünnen Wafer bereitgestellt werden und wird möglicherweise im Fall eines dicken Wafers nicht gebraucht. Die Spannvorrichtung 310 kann Teil eines nicht gezeigten Mask-Aligners sein. Die Spannvorrichtung 310 kann eine oder mehrere Öffnungen enthalten, zum Beispiel eine erste Öffnung 312 und eine zweite Öffnung 314, die es unter Umständen ermöglichen, Licht jeweils durch die erste Öffnung 312 und die zweite Öffnung 314 zu leiten, um eine relative Ausrichtung der Fotolithografiemaske 200 und des Wafers 302 zu ermöglichen.
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Die Belichtung des Wafers 302 mittels der Fotolithografiemaske 201 kann unter Verwendung der Mask-Aligner-Anordnung, zum Beispiel der im Zusammenhang mit 1 beschriebenen oder ähnlichen Mask-Aligner-Anordnung, ausgeführt werden. Eine negative Bedruckung oder ein negatives Muster (entsprechend der Topografie des Wafers 302) in der Maske 201, z. B. eine Vertiefung oder Nut entsprechend dem Verstärkerring eines (dünnen) Wafers, kann vorgesehen werden, Indem eine oder mehrere Vertiefungen (z. B. eine oder mehrere Nuten), zum Beispiel die erste Nut 204 und die zweite Nut 206, auf dem Maskensubstrat 202 vorgesehen werden, kann der Annäherungsspalt zwischen der Maske 201 und einem Wafer (z. B. 302), der an manchen Orten eine hohe Topografie (zum Beispiel einen verstärkten Randstabilisationsring) aufweist, reduziert werden, da die hohen Topografien von der ersten Nut 204 und der zweiten Nut 206 (zumindest teilweise) aufgenommen (oder darin untergebracht) sein können. Zum Beispiel kann mit der Annäherungsbelichtungsverwendung des Mask-Aligners (MA) ein Annäherungsspalt im Bereich von in etwa 10 μm bis in etwa 20 μm vorgesehen werden, was zum Beispiel Auflösungen bis hinunter zu in etwa 2 μm erreicht. Zusätzlich kämmen mit Kontaktbelichtung (z. B. Maske 201 in direkten Kontakt mit dem Wafer 302) Auflösungen bis hinunter zu in etwa 1 μm erreicht werden, Jedoch kann die Maske 201 aufgrund des Kontakts mit dem Wafer 302 beschädigt werden.
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Gemäß manchen Ausführungsformen kann eine fotolithografische Bearbeitung von Vorrichtungen, die möglicherweise eine rückseitige Implantation (die relativ zur Vorderseite ausgerichtet ist oder nicht) benötigen, wie zum Beispiel IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor – Bipolartransistor mit isolierter Steuerelektrode) Vorrichtungen oder EMCON (Emitter Controlled – Emitter kontrollierte) Dioden, mit verbesserter oder hoher Auflösung erreicht werden. Dies kann an der Verwendung einer Fotolithografiemaske mit einer oder mehreren Vertiefungen (z. B. einer oder mehreren Nuten) liegen, die es möglicherweise erlauben, einen Annäherungsspalt zwischen Wafer und Maske zu reduzieren, da einzelne topografische Elemente des Wafers, wie zum Beispiel ein Verstärkerring, von der einen oder den mehreren Vertiefungen (z. B. einer oder mehreren Nuten) der Maske zumindest teilweise aufgenommen werden können.
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4 zeigt ein Verfahren 400 zur Belichtung eines Wafers gemäß einer weiteren Ausführungsform
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Bei 402 wird eine Fotolithografiemaske bereitgestellt, wobei die Fotolithografiemaske ein Maskensubstrat enthält, das ein dreidimensionales Muster aufweist, das so positioniert und dimensioniert ist, um ein invertiertes dreidimensionales Muster eines mittels der Fotolithografiemaske zu belichtenden Wafers zumindest teilweise aufzunehmen.
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Bei 404 wird ein Wafer mit dem invertierten dreidimensionalen Muster bereitgestellt.
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Bei 406 wird die Fotolithografiemaske über dem Wafer so angeordnet, dass das invertierte dreidimensionale Muster des Wafers vom dreidimensionalen Muster des Maskensubstrats zumindest teilweise aufgenommen wird.
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Bei 408 wird der Wafer unter Verwendung der Fotolithografiemaske belichtet.
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Obwohl die Erfindung insbesondere mit Bezug auf spezifische Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, ist für Fachleute erkennbar, dass verschiedene Änderungen an Form und Detail daran vorgenommen werden können, ohne von dem Gedanken und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, der durch die angefügten Ansprüche definiert wird. Der Schutzumfang der Erfindung wird somit durch die angefügten Ansprüche angegeben, und alle Änderungen, die in die Bedeutung und den Äquivalenzbereich der Ansprüche fallen, sollen deshalb eingeschlossen sein.
