DE102015104813B4

DE102015104813B4 - Halbleiteranordnung mit einer optischen Maske, Verfahren zum Herstellen einer optischen Maskenvorrichtung

Info

Publication number: DE102015104813B4
Application number: DE102015104813.2A
Authority: DE
Inventors: Tak Kui Wang; Laura M. Giovane; Ramana M.V. Murty
Original assignee: Avago Technologies General IP Singapore Pte Ltd
Current assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Priority date: 2014-03-29
Filing date: 2015-03-27
Publication date: 2018-05-09
Anticipated expiration: 2035-03-28
Also published as: DE102015104813A1; US9547231B2; US20160170296A1

Abstract

Eine Halbleiteranordnung aufweisendeine optische Maske (234) zur Verwendung beim Herstellen einer Halbleitervorrichtung, wobei die optische Maske (234) ein optisches Maskensubstrat (202) hat, welches einen ersten Ausrichtungsindikator (238) aufweist;einen Wafer (236), welcher einen zweiten Ausrichtungsindikator (240) aufweist; undeine brechende Ausrichtungslinse (248), welche in eine Glasschicht (208) geätzt ist, wobei die Glasschicht (208) eine erste Oberfläche, die in Kontakt mit dem optischen Maskensubstrat (202) ist, und eine gegenüberliegende Oberfläche hat, die in Kontakt mit dem Wafer (236) ist, um eine bildliche Ausrichtung des ersten Maskenausrichtungsindikators (238) mit dem zweiten Maskenausrichtungsindikator (240) zu erleichtern, wobeidie Ausrichtungslinse (248) an einer Position in der Glasschicht (208) geätzt ist, die ausgerichtet ist mit einer Betrachtungsachse (244), die sich zwischen dem ersten Ausrichtungsindikator (238) und dem zweiten Ausrichtungsindikator (240) erstreckt, wobei die Position ausgewählt ist, die Ausrichtungslinse (248) zu konfigurieren, um ein Bild (240') des zweiten Ausrichtungsindikators (240) in das optische Maskensubstrat (202) zu projizieren und einen scheinbaren Abstand (D') bereitzustellen, der kleiner ist als ein tatsächlicher Abstand (D) zwischen dem ersten Ausrichtungsindikator (238) und dem zweiten Ausrichtungsindikator (240) zum Minimieren eines Parallaxeneffekts, wenn der zweite Ausrichtungsindikator (240) während der bildlichen Ausrichtung entlang der Betrachtungsachse (244) betrachtet wird.

Description

Hintergrund
Optische Datenkommunikationssysteme enthalten üblicherweise optische Empfängervorrichtungen, die optische Signale empfangen, die über eine optische Kommunikationsverbindung (zum Beispiel optische Faser) transportiert werden und wandeln die optischen Signale in elektrische Signale um. Auf diese Weise können die Daten oder kann die Information, die in den optischen Signalen enthalten sind oder ist, wiedergewonnen oder empfangen werden und anderen elektronischen Systemen bereitgestellt werden, wie zum Beispiel Schaltsystemen oder Verarbeitungssystemen. Solche optischen Empfängervorrichtungen weisen Fotodetektoren wie zum Beispiel Fotodioden auf. Ein üblicher Typ einer Fotodiode, der in optischen Empfängervorrichtungen verwendet wird, ist als eine PIN-Fotodiode bekannt, aufgrund ihrer Struktur, die eine intrinsische oder leicht dotierte Halbleiterschicht aufweist, die zwischen einer P-Typ-Halbleiterschicht und einer N-Typ-Halbleiterschicht zwischengeordnet ist. Die Physik der PIN-Diode gibt vor, dass die Größe des aktiven Bereichs (das heißt der fotosensitive Bereich) umgekehrt proportional zu der maximalen Datenrate ist, welche die Vorrichtung detektieren kann. Daher muss eine PIN-Fotodiode, die für hohe Datenraten geeignet ist, einen kleinen aktiven Bereich haben. Allerdings formt das Licht, das mittels einer optischen Faser emittiert wird, einen Strahl, der relativ breit ist verglichen mit der Breite einer Hochgeschwindigkeits-PIN-Fotodiode. Ein Fokussieren oder sonstiges Richten des einfallenden Lichts (optische Signale) auf eine sehr kleine PIN-Fotodiode wirft Herausforderungen hinsichtlich des Designs auf.
Ein optischer Empfänger kann eine Linse zwischen einer PIN-Fotodiodenvorrichtung und einem Ende einer optischen Faser enthalten, um von der Faser emittiertes Licht auf die PIN-Fotodiode zu fokussieren. Allerdings kann das Einsetzen solch einer Linse in einem optischen Empfänger einen Einfluss auf die Einfachheit der Anordnung und daher die Herstellungsökonomie haben. Es ist auch vorgeschlagen worden, einen Bereich des Halbleitersubstrats, von dem die PIN-Fotodiode gebildet ist, als einen Reflektor zu gestalten, der von einer lateralen Richtung Licht in den aktiven Bereich einer PIN-Fotodiode richtet, das heißt parallel zu der Ebene des Substrats. Allerdings ist solch eine Struktur schwierig herzustellen und beeinflusst daher die Herstellungsökonomie. Ferner ist eine solche Struktur im Allgemeinen nicht dazu fähig, den lichtsammelnden Bereich der PIN-Fotodiodenvorrichtung um mehr als wenige Mikrometer zu erhöhen.
US 2008 / 0 087 921 A1 offenbart einen Bildsensor aufweisend (a) ein Substrat mit einer Fotosensor-Region, (b) eine über dem Substrat ausgebildete Verbindungsstruktur, welche Metallleitungen aufweist, die in Inter-Metall dielektrischen Schichten ausgebildet sind, und (c) zumindest eine Mikrolinse, die in zumindest einer von den Inter-Metall dielektrischen Schichten über der Fotosensor-Region ausgebildet ist.
DE 691 25 231 T2 offenbart ein Verfahren zum Erfassen der Lage eines Substrats. Das Verfahren weist auf (a) ein Projizieren eines Lichtstrahls auf eine Oberfläche eines Substrats, und (b) ein Ausrichten eines resultierenden Lichtstrahls vom Substrat auf eine vorbestimmte Ebene, so dass der Lichtstrahl vom Substrat im Wesentlichen auf die vorbestimmte Ebene fokussiert ist. Bei dem Verfahren werden der Lichtstrahl und das Substrat relativ zueinander in einer Richtung parallel zu der Oberfläche des Substrats bewegt, so dass der Lichtstrahl eine Vielzahl von Intensitätsverteilungen in der vorbestimmten Ebene aufweist. Ferner erfolgt ein Bestimmen der Lage des Substrats auf der Grundlage der Einfallsposition des Lichtstrahls auf der vorbestimmten Ebene durch das Messen entweder der Schwerpunktposition oder der Spitzenposition der Lichtstärkeverteilung.
US 6 016 185 A offenbart eine Vorrichtung für eine fotolithographische Belichtung eines Substrates. Die Vorrichtung umfasst (a) eine Beleuchtungsquelle zum Bereitstellen von Licht zum Erzeugen eines Bildes auf dem Substrat, (b) eine Maske umfassend eine Struktur für eine Projektion auf das Substrat, (c) eine Linsenanordnung zum Projizieren des Lichts durch eine Mehrzahl von Linsenkanälen auf das Substrat und (d) einen Aktuator zum Bewegen der Linsenanordnung in einer Ebene parallel zu der Maske und dem Substrat.
DE 100 18 810 A1 offenbart ein Verfahren zum Ausrichten von fotolithografischen Masken zur Strukturierung der Oberfläche eines Wafers relativ zu bereits existierenden Strukturen auf dem Wafer. Die Strukturen auf dem Wafer können sich auf gegenüberliegenden Oberflächen des Wafers befinden. Das Verfahren verwendet eine Abbildung von auf der Maske befindlichen Justiermarken auf sich selbst mit Hilfe von Mikrolinsen, die auf oder in dem Wafer ausgebildet sind.
Es wäre wünschenswert, eine Fotodetektorvorrichtung bereitzustellen, die einen großen Sammelbereich relativ zu der Größe des aktiven Bereichs hat und die in einfacher Weise hergestellt werden kann.
Zusammenfassung
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf optische Maskenvorrichtungen und Verfahren zum Verwenden von optischen Maskenvorrichtungen.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel weist eine optische Maskenvorrichtung ein optisches Maskensubstrat auf, das transparent für eine vorbestimmte Wellenlänge von Licht ist, eine erste Schicht an einer Oberfläche des optischen Maskensubstrats und eine zweite Schicht an einer Oberfläche der ersten Schicht. Die erste Schicht besteht aus einem Material, das für die vorbestimmte Wellenlänge opak ist, und hat eine Apertur. Die zweite Schicht bedeckt die Apertur und besteht aus einem Material, das für die vorbestimmte Wellenlänge transparent ist. Eine brechende Linse ist in der zweiten Schicht gebildet und mit der Apertur ausgerichtet.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel weist eine optische Maskenvorrichtung ein optisches Maskensubstrat und eine geschichtete Struktur auf, die an dem optischen Maskensubstrat gebildet ist. Die geschichtete Struktur weist einen Maskenausrichtungsindikator und eine Schicht auf, die eine Linse definiert. Die Schicht, welche die Linse definiert, ist zwischen dem optischen Maskensubstrat und dem Maskenausrichtungsindikator angeordnet. Die Linse, die brechend oder beugend sein kann, ist mit dem Maskenausrichtungsindikator ausgerichtet.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel weist ein Verfahren auf: Bereitstellen eines optischen Maskensubstrats, das für eine vorbestimmte Wellenlänge von Licht transparent ist; Abscheiden einer ersten Schicht, die aus einem Material besteht, das für die vorbestimmte Wellenlänge opak ist, an einer Oberfläche des optischen Maskensubstrats; Bilden einer Apertur in der ersten Schicht; Abscheiden einer zweiten Schicht, die aus einem Material besteht, das für die vorbestimmte Wellenlänge transparent ist, an einer Oberfläche der ersten Schicht; Abscheiden einer dritten Schicht, die aus Photoresist-Material besteht, an einer Oberfläche der zweiten Schicht; Strukturieren der dritten Schicht zum Erzeugen eines scheibenförmigen Bereichs; Erwärmen der dritten Schicht, bis der scheibenförmige Bereich in einen linsenförmigen Bereich rückfließt oder umfließt (oder einem Reflow in einen linsenförmigen Bereich unterworfen wird) und vernetzt; Abscheiden einer vierten Schicht, die aus Photoresist-Material besteht, an einer Oberfläche der dritten Schicht; Strukturieren der vierten Schicht zum Erzeugen einer Kavität, die sich zu der Oberfläche des linsenförmigen Bereichs erstreckt, wobei das Ende der Kavität die Oberfläche des linsenförmigen Bereichs aufweist; und Trockenätzen des Endes der Kavität, bis die zweite Schicht sich zu einer Form entwickelt, die zu dem linsenförmigen Bereich korrespondiert. Die erste Schicht und die zweite Schicht und das optische Maskensubstrat definieren gemeinsam eine optische Maskenvorrichtung, die zum fotolithographischen Erzeugen von optoelektronischen Geräten verwendet werden kann.
Figurenliste
Die Erfindung kann unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen besser verstanden werden. Die Komponenten in den Zeichnungen sind nicht notwendigerweise skaliert, stattdessen wird der Schwerpunkt darauf gerichtet, die Prinzipien der vorliegenden Erfindung klar darzustellen.

1 zeigt zum besseren Verständnis der Erfindung eine oberseitige Draufsicht einer optoelektronischen Vorrichtung.
2 ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie 2-2 von 1 aufgenommen ist.
3 zeigt zum besseren Verständnis der Erfindung eine oberseitige Draufsicht einer anderen optoelektronischen Vorrichtung.
4 ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie 4-4 von 3 aufgenommen ist.
5 zeigt zum besseren Verständnis der Erfindung eine oberseitige Draufsicht von noch einer anderen optoelektronischen Vorrichtung.
6 ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie 6-6 von 5 aufgenommen ist.
7 zeigt zum besseren Verständnis der Erfindung eine oberseitige Draufsicht von noch einer anderen optoelektronischen Vorrichtung.
8 ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie 8-8 von 7 aufgenommen ist.
9 ist eine oberseitige Draufsicht, die einen ersten Schritt eines exemplarischen Verfahrens zum Herstellen der exemplarischen optoelektronischen Vorrichtung von 1 bis 2 darstellt.
10 ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie 10-10 von 9 aufgenommen ist.
11 ist eine oberseitige Draufsicht, die einen zweiten Schritt eines exemplarischen Verfahrens zum Herstellen der exemplarischen optoelektronischen Vorrichtung von 1 bis 2 darstellt.
12 ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie 12-12 von 11 aufgenommen ist.
13 ist eine oberseitige Draufsicht, die einen dritten Schritt eines exemplarischen Verfahrens zum Herstellen der exemplarischen optoelektronischen Vorrichtung von 1 bis 2 darstellt.
14 ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie 14-14 von 13 aufgenommen ist.
15 ist eine oberseitige Draufsicht, die einen vierten Schritt eines exemplarischen Verfahrens zum Herstellen der exemplarischen optoelektronischen Vorrichtung von 1 bis 2 darstellt.
16 ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie 16-16 von 15 aufgenommen ist.
17 ist eine oberseitige Draufsicht, die einen fünften Schritt eines exemplarischen Verfahrens zum Herstellen der exemplarischen optoelektronischen Vorrichtung von 1 bis 2 darstellt.
18 ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie 18-18 von 17 aufgenommen ist.
19 ist eine oberseitige Draufsicht, die einen sechsten Schritt eines exemplarischen Verfahrens zum Herstellen der exemplarischen optoelektronischen Vorrichtung von 1 bis 2 darstellt.
20 ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie 20-20 von 19 aufgenommen ist.
21 ist eine oberseitige Draufsicht, die einen siebten Schritt eines exemplarischen Verfahrens zum Herstellen der exemplarischen optoelektronischen Vorrichtung von 1 bis 2 darstellt.
22 ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie 22-22 von 21 aufgenommen ist.
23 ist eine oberseitige Draufsicht, die einen achten Schritt eines exemplarischen Verfahrens zum Herstellen der exemplarischen optoelektronischen Vorrichtung von 1 bis 2 darstellt.
24 ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie 24-24 von 23 aufgenommen ist.
25 ist eine oberseitige Draufsicht, die einen neunten Schritt eines exemplarischen Verfahrens zum Herstellen der exemplarischen optoelektronischen Vorrichtung von 1 bis 2 darstellt.
26 ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie 26-26 von 25 aufgenommen ist.
27 ist eine Querschnittsansicht, die einen zehnten Schritt eines exemplarischen Verfahrens zum Herstellen der exemplarischen optoelektronischen Vorrichtung von 1 bis 2 veranschaulicht.
28 ist eine Querschnittsansicht, die einen elften Schritt eines exemplarischen Verfahrens zum Herstellen der exemplarischen optoelektronischen Vorrichtung von 1 bis 2 veranschaulicht.
29 ist eine Querschnittsansicht, die einen zwölften Schritt eines exemplarischen Verfahrens zum Herstellen des exemplarischen optoelektronischen Geräts von 1 bis 2 veranschaulicht.
30 ist eine oberseitige Draufsicht, die einen ersten Schritt eines exemplarischen Verfahrens zum Herstellen der exemplarischen optoelektronischen Vorrichtung von 5 bis 6 darstellt.
31 ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie 31-31 von 30 aufgenommen ist.
32 ist eine oberseitige Draufsicht, die einen zweiten Schritt eines exemplarischen Verfahrens zum Herstellen der exemplarischen optoelektronischen Vorrichtung von 5 bis 6 darstellt.
33 ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie 33-33 von 32 aufgenommen ist.
34 ist eine oberseitige Draufsicht, die einen dritten Schritt eines exemplarischen Verfahrens zum Herstellen der exemplarischen optoelektronischen Vorrichtung von 5 bis 6 darstellt.
35 ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie 35-35 von 34 aufgenommen ist.
36 ist eine oberseitige Draufsicht, die einen vierten Schritt eines exemplarischen Verfahrens zum Herstellen der exemplarischen optoelektronischen Vorrichtung von 5 bis 6 darstellt.
37 ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie 37-37 von 36 aufgenommen ist.
38 ist eine oberseitige Draufsicht, die einen fünften Schritt eines exemplarischen Verfahrens zum Herstellen der exemplarischen optoelektronischen Vorrichtung von 5 bis 6 darstellt.
39 ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie 39-39 von 38 aufgenommen ist.
40 ist eine oberseitige Draufsicht, die einen sechsten Schritt eines exemplarischen Verfahrens zum Herstellen der exemplarischen optoelektronischen Vorrichtung von 5 bis 6 veranschaulicht.
41 ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie 41-41 von 40 aufgenommen ist.
42 ist eine oberseitige Draufsicht, die einen siebten Schritt eines exemplarischen Verfahrens zum Herstellen der exemplarischen optoelektronischen Vorrichtung von 5 bis 6 veranschaulicht.
43 ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie 43-43 von 42 aufgenommen ist.
44 ist eine oberseitige Draufsicht, die einen achten Schritt eines exemplarischen Verfahrens zum Herstellen der exemplarischen optoelektronischen Vorrichtung von 5 bis 6 veranschaulicht.
45 ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie 45-45 von 44 aufgenommen ist.
46 ist eine oberseitige Draufsicht, die einen neunten Schritt eines exemplarischen Verfahrens zum Herstellen der exemplarischen optoelektronischen Vorrichtung von 5 bis 6 veranschaulicht.
47 ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie 47-47 von 46 aufgenommen ist.
48 ist eine Querschnittsansicht, die einen zehnten Schritt eines exemplarischen Verfahrens zum Herstellen der exemplarischen optoelektronischen Vorrichtung von 5 bis 6 veranschaulicht.
49 ist eine Querschnittsansicht, die einen elften Schritt eines exemplarischen Verfahrens zum Herstellen der exemplarischen optoelektronischen Vorrichtung von 5 bis 6 veranschaulicht.
50 ist eine Querschnittsansicht, die einen ersten Schritt eines exemplarischen Verfahrens zum Herstellen der exemplarischen optoelektronischen Vorrichtung von 3 bis 4 veranschaulicht.
51 ist eine Querschnittsansicht, die einen zweiten Schritt eines exemplarischen Verfahrens zum Herstellen der exemplarischen optoelektronischen Vorrichtung von 3 bis 4 veranschaulicht.
52 ist eine Querschnittsansicht, die einen dritten Schritt eines exemplarischen Verfahrens zum Herstellen der exemplarischen optoelektronischen Vorrichtung von 3 bis 4 veranschaulicht.
53 ist eine Querschnittsansicht, die einen vierten Schritt eines exemplarischen Verfahrens zum Herstellen der exemplarischen optoelektronischen Vorrichtung von 3 bis 4 veranschaulicht.
54 ist eine Querschnittsansicht, die einen fünften Schritt eines exemplarischen Verfahrens zum Herstellen der exemplarischen optoelektronischen Vorrichtung von 3 bis 4 veranschaulicht.
55 ist eine Querschnittsansicht, die einen sechsten Schritt eines exemplarischen Verfahrens zum Herstellen der exemplarischen optoelektronischen Vorrichtung von 3 bis 4 veranschaulicht.
56 ist eine oberseitige Draufsicht, die ein exemplarisches Verfahren zum Herstellen der exemplarischen optoelektronischen Vorrichtung von 7 bis 8 veranschaulicht.
57 ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie 57-57 von 56 aufgenommen ist.
58 ist eine Seitenansicht, die einen ersten Schritt eines exemplarischen Verfahrens zum Herstellen einer optoelektronischen Vorrichtung unter Verwendung einer Maske darstellt, die eine oder mehrere Mikrolinsen hat.
59 ist eine Seitenansicht, die einen zweiten Schritt des exemplarischen Verfahrens zum Herstellen einer optoelektronischen Vorrichtung unter Verwendung einer Maske darstellt, die eine oder mehrere Mikrolinsen hat.
60 ist eine oberseitige Draufsicht, die einen dritten Schritt des exemplarischen Verfahrens zum Herstellen einer optoelektronischen Vorrichtung unter Verwendung einer Maske darstellt, die eine oder mehrere Mikrolinsen hat.
61 ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie 61-61 von 60 aufgenommen ist.
62 ist eine Seitenansicht, die einen dritten Schritt des exemplarischen Verfahrens zum Herstellen einer optoelektronischen Vorrichtung unter Verwendung einer Maske darstellt, die eine oder mehrere Mikrolinsen hat.
63 ist eine Seitenansicht, die einen vierten Schritt des exemplarischen Verfahrens zum Herstellen einer optoelektronischen Vorrichtung unter Verwendung einer Maske darstellt, die eine oder mehrere Mikrolinsen hat.
64 ist eine Seitenansicht, die einen fünften Schritt des exemplarischen Verfahrens zum Herstellen einer optoelektronischen Vorrichtung unter Verwendung einer Maske darstellt, die eine oder mehrere Mikrolinsen hat.
65 ist eine Seitenansicht, die einen sechsten Schritt des exemplarischen Verfahrens zum Herstellen einer optoelektronischen Vorrichtung unter Verwendung einer Maske darstellt, die eine oder mehrere Mikrolinsen hat.
66 ist eine oberseitige Draufsicht, die einen siebten Schritt des exemplarischen Verfahrens zum Herstellen einer optoelektronischen Vorrichtung unter Verwendung einer Maske darstellt, die eine oder mehrere Mikrolinsen hat.
67 ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie 67-67 von 66 aufgenommen ist.
68 ist ähnlich zu 67 und zeigt die Struktur, nachdem ein achter Schritt des exemplarischen Verfahrens begonnen hat.
69 ist ähnlich zu 68 und zeigt die Struktur, nachdem der achte Schritt fortgesetzt worden ist.
70 ist ähnlich zu 69 und zeigt die Struktur, nachdem der achte Schritt vervollständigt worden ist.
71 ist ähnlich zu 70 und stellt einen neunten Schritt zum Herstellen einer optoelektronischen Vorrichtung unter Verwendung einer Maske dar, die eine oder mehrere Mikrolinsen hat.
72 ist eine generalisierte räumliche Ansicht, die ein Verfahren zum Ausrichten der Maske mit einem Halbleiterwafer veranschaulicht.
73 ist eine Seitenansicht der Maske, die mit dem Halbleiterwafer von 72 ausgerichtet ist.
74 ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie 74-74 von 73 aufgenommen ist.
75 ist eine oberseitige Draufsicht, die einen Schritt eines exemplarischen Verfahrens zum Bilden von Ausrichtungsindikatoren in einer Maske veranschaulicht.
76 ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie 76-76 von 75 aufgenommen ist.
77 ist eine Seitenansicht, die einen Schritt eines exemplarischen Verfahrens zum Bilden eines Phasenrasters („phase grating“) in einer Maske veranschaulicht.
78 ist ähnlich zu 77 und veranschaulicht einen anderen Schritt des exemplarischen Verfahrens.
79 ist ähnlich zu 77 bis 78 und veranschaulicht das Bilden des Phasenrasters als ein Ergebnis eines wiederholten Durchführens der veranschaulichten Schritte.

Ausführliche Beschreibung
Wie in 1 bis 2 dargestellt, weist eine optoelektronische Vorrichtung 10 eine Halbleitervorrichtung 12 und einen nicht bildgebenden oder nicht abbildenden („non imaging“) optischen Konzentrator 14 auf, der an der Oberfläche der Halbleitervorrichtung 12 montiert ist. Die Halbleitervorrichtung 12 enthält ein Substrat 16 und einen Fotodetektor, der einen aktiven Bereich 18 hat, der an der Oberfläche des Substrats 16 gebildet ist.
Der nicht abbildende optische Konzentrator 14 hat einen fassförmigen Körper 20 mit einem inneren Kavitätsbereich 22. Der Kavitätsbereich 22 hat eine frustokonische („frusto-conical“) oder Kegelstumpf-Gestalt. Das bedeutet, dass der Kavitätsbereich 22 eine kreisförmige Querschnittsgestalt hat, die sich von einem Ende zu dem anderen im Durchmesser verjüngt (und sich daher in der Fläche verjüngt). Der Kavitätsbereich 22 hat an dem Ende den größten Durchmesser (das heißt ist am weitesten), das von dem aktiven Bereich 18 am weitesten entfernt ist, und hat an dem Ende den kleinsten Durchmesser (das heißt ist am schmalsten), das an den aktiven Bereich 18 angrenzt. Die Längsachse 24 des Kavitätsbereichs 22 ist mit der optischen Achse (Zentralbereich) des aktiven Bereichs 18 ausgerichtet. Der Kavitätsbereich 22 definiert eine periphere Oberfläche, das heißt eine Oberfläche, die sich um die Peripherie des zentralen Bereichs des aktiven Bereichs 18 erstreckt. Die Wände des Kavitätsbereichs 22 sind mit einem Metallfilm oder einer anderen Schicht eines optisch reflektierenden Materials bedeckt. Wie unten genauer beschrieben ist, kann der nicht abbildende optische Konzentrator 14 aus einem Halbleitermaterial, einem fotosensitiven Polymer oder einem anderen geeigneten Material hergestellt sein.
Im Betrieb wird Licht an dem weiten Ende des Kavitätsbereichs 22 empfangen. Die Wände des Kavitätsbereichs 22 (das heißt die periphere Oberfläche) leiten einen Bereich dieses einfallenden Lichts in den aktiven Bereich 18 zurück, indem sie das Licht reflektieren, wie mit einer gestrichelten Linie in 2 angezeigt.
Wie in 3 bis 4 dargestellt, weist eine optoelektronische Vorrichtung 26 eine Halbleitervorrichtung 28 und einen nicht abbildenden optischen Konzentrator 30 auf, der an der Oberfläche der Halbleitervorrichtung 28 montiert ist. Die Halbleitervorrichtung 28 weist ein Substrat 32 und einen Fotodetektor auf, der einen aktiven Bereich 34 hat, der an der Oberfläche des Substrats 32 gebildet ist.
Der nicht abbildende optische Konzentrator 30 hat einen Körper 36 mit einem quadratischen Profil und einen inneren Kavitätsbereich 38. Der Kavitätsbereich 38 hat eine frusto-polyedrische (spezieller eine frustopyramidale oder abgestumpfte vierseitige pyramidale) Gestalt. Dies bedeutet, dass der Kavitätsbereich 38 eine polygonale (spezieller quadratische) Querschnittsgestalt hat, die sich in ihrer Größe von einem Ende zu dem anderen Ende hin verjüngt. Der Kavitätsbereich 38 hat an dem Ende den größten Querschnitt (das heißt, jede Seite ist am längsten), das am weitesten von dem aktiven Bereich 34 entfernt ist, und hat an dem Ende den kleinsten Querschnitt (das heißt, jede Seite ist am kürzesten), das angrenzend an den aktiven Bereich 34 ist. Die Längsachse 40 des Kavitätsbereichs 38 ist mit der optischen Achse des aktiven Bereichs 18 ausgerichtet. Der Kavitätsbereich 38 definiert eine periphere Oberfläche, das heißt eine Oberfläche, die sich um die Peripherie eines zentralen Abschnitts des aktiven Bereichs 34 erstreckt. Die Wände des Kavitätsbereichs 38 sind mit einem Metallfilm oder einer anderen Schicht aus optisch reflektivem Material beschichtet. Wie unten näher beschrieben ist, kann der nicht abbildende optische Konzentrator 30 aus einem Halbleitermaterial, einem fotosensitiven Polymer oder einem anderen geeigneten Material hergestellt werden.
Im Betrieb wird Licht an dem weiten Ende des Kavitätsbereichs 38 empfangen. Die Wände des Kavitätsbereichs 38 (das heißt die periphere Oberfläche) leitet einen Teil dieses einfallenden Lichts in den aktiven Bereich 34 um, indem das Licht reflektiert wird, wie mit einer gestrichelten Linie in 4 dargestellt.
Wie in 5 bis 6 dargestellt, weist eine optoelektronische Vorrichtung 42 eine Halbleitervorrichtung 44 und einen nicht abbildenden optischen Konzentrator 46 auf, der an der Oberfläche der Halbleitervorrichtung 12 montiert ist. Die Halbleitervorrichtung 44 weist ein Substrat 48 und einen Fotodetektor auf, der einen aktiven Bereich 50 hat, der an der Oberfläche des Substrats 48 gebildet ist.
Der nicht abbildende optische Konzentrator 46 hat einen Festkörperbereich 52. Der Festkörperbereich 52 hat eine frustokonische oder kegelstumpfförmige Gestalt. Dies bedeutet, dass der Festkörperbereich 52 eine kreisförmige Querschnittsgestalt hat, die sich von einem Ende zu dem anderen im Durchmesser verjüngt (und sich daher in der Fläche verjüngt). Der Festkörperbereich 52 hat an dem Ende den größten Durchmesser (das heißt ist am breitesten), das am weitesten von dem aktiven Bereich 50 entfernt ist, und hat an dem Ende den kleinsten Durchmesser (das heißt ist am schmalsten), das an den aktiven Bereich 50 angrenzt. Die Längsachse 54 des Festkörperbereichs 52 ist mit der optischen Achse des aktiven Bereichs 50 ausgerichtet. Der Festkörperbereich 52 definiert eine periphere Oberfläche, das heißt eine Oberfläche, die sich um die Peripherie eines zentralen Bereichs des aktiven Bereichs 50 erstreckt. Die periphere Oberfläche ist reflektierend (das heißt, dass totale innere Reflexion (TIR, Total Internal Reflection) auftritt), da sie die Schnittstelle zwischen den Seitenwänden des Festkörperbereichs 52 und der umgebenden Luft ist. Wie unten näher beschrieben ist, kann der nicht abbildende optische Konzentrator 46 aus einem optisch transparenten fotosensitiven Polymer oder einem anderen geeigneten Material hergestellt werden.
Im Betrieb wird Licht an dem breiten Ende des Festkörperbereichs 52 empfangen. Die periphere Oberfläche, die mittels der Schnittstelle zwischen den Seitenwänden des Festkörperbereichs 52 und der umgebenden Luft definiert ist, leitet einen Teil dieses einfallenden Lichts in den aktiven Bereich 50 um, indem das Licht reflektiert wird, wie mit einer gestrichelte Linie in 6 angezeigt.
Wie in 7 bis 8 dargestellt, weist eine optoelektronische Vorrichtung 56 eine Halbleitervorrichtung 58 und einen nicht abbildenden optischen Konzentrator 60 auf, der an der Oberfläche der Halbleitervorrichtung 58 montiert ist. Die Halbleitervorrichtung 58 weist ein Substrat 62 und einen Fotodetektor mit einem aktiven Bereich 64 auf, der an der Oberfläche des Substrats 62 gebildet ist.
Der nicht abbildende optische Konzentrator 60 hat einen Festkörperbereich 66. Der Festkörperbereich 66 hat eine frustokonische oder kegelstumpfförmige Gestalt. Dies bedeutet, dass der Festkörperbereich 66 eine kreisförmige Querschnittsgestalt hat, die sich im Durchmesser von einem Ende zu dem anderen verjüngt (und sich daher in der Fläche verjüngt). Der Festkörperbereich 66 hat an dem Ende den größten Durchmesser (das heißt ist am breitesten), das an den aktiven Bereich 50 angrenzt, und hat an dem Ende den kleinsten Durchmesser (das heißt ist am schmalsten), das am weitesten weg von dem aktiven Bereich 50 ist. Die Längsachse 68 des Festkörperbereichs 66 ist mit der optischen Achse des aktiven Bereichs 64 ausgerichtet. Der Festkörperbereich 66 definiert eine periphere Oberfläche, das heißt eine Oberfläche, die sich um die Peripherie eines zentralen Bereichs des aktiven Bereichs 64 erstreckt. Die periphere Oberfläche ist brechend, da sie die Schnittstelle zwischen den Seitenwänden des Festkörperbereichs 66 und der umgebenden Luft ist. Wie unten in weiterem Detail beschrieben ist, kann der nicht abbildende optische Konzentrator 60 aus einem optisch transparenten fotosensitiven Polymer oder einem anderen geeigneten Material hergestellt sein.
Im Betrieb wird Licht durch die Seitenwände und das schmale Ende des Festkörperbereichs 66 empfangen. Die periphere Oberfläche, die mittels der Schnittstelle zwischen den Seitenwänden des Festkörperbereichs 66 und der umgebenden Luft definiert ist, leitet einen Bereich dieses einfallenden Lichts in den aktiven Bereich 64 um, indem das Licht gebrochen wird, wie mit einer gestrichelten Linie in 8 angezeigt.
Ein exemplarisches Verfahren zum Herstellen der optoelektronischen Vorrichtung 10 (1 bis 2) ist in 9 bis 29 dargestellt. Wie in 9 bis 10 dargestellt, wird zunächst eine Maske mittels Abscheidens einer Schicht aus opakem Material wie zum Beispiel Chrom auf die Oberfläche eines transparenten Substrats wie zum Beispiel Glas 72 gebildet. Chrom 70 wird zu einer ringförmigen Gestalt strukturiert. Die Chrom-auf-Glas-Struktur kann auf eine herkömmliche Weise gebildet werden. Wie in 11 bis 12 dargestellt, wird dann eine Schicht aus positivem Photoresist 74, wie zum Beispiel ein Produkt, das als AZ9260, verfügbar von AZ Electronic Materials S.A. in Luxemburg bekannt ist, über Chrom 70 abgeschieden (zum Beispiel mittels Rotationsbeschichtung, „spin coating“). Wie in 13 bis 14 dargestellt, wird der positive Photoresist 74 in eine Scheibengestalt strukturiert, mit einem Durchmesser, der kleiner als der äußere Durchmesser von Chrom 70 und größer als der innere Durchmesser von Chrom 70 ist. Wie in 15 bis 16 dargestellt, wird der positive Photoresist 74 einem Reflow-Prozess unterzogen, der den positiven Photoresist 74 in eine konvexe Linse 76 formt. Ein geeigneter Reflow-Prozess enthält zum Beispiel ein Erwärmen des Photoresists bis auf 160°C und Halten desselben bei dieser Temperatur für zwei Minuten. Wie in 17 bis 18 dargestellt, wird eine zweite Schicht von positivem Photoresist 78 über die konvexe Linse 76 abgeschieden und einem sanften Backen („soft bake“) ausgesetzt.
Wie in 19 bis 20 dargestellt, wird die Anordnung (18) von der Rückseite oder der Unterseite beleuchtet, wie mittels der gestrichelten Linienpfeile in 20 angezeigt. Wie in 21 bis 22 dargestellt wird, entfernt ein nachfolgendes Entwickeln den Teil des positiven Photoresists 78, der beleuchtet worden ist, und lässt den fassförmigen Abschnitt 80 des positiven Photoresists 78 intakt, der mittels Chrom 70 maskiert worden war. Der vorherige Reflow-Schritt stellt sicher, dass die konvexe Linse 76 nicht wegentwickelt wird. Die resultierende Maskenanordnung 82 wird wie oben beschrieben verwendet.
Wie in 23 bis 24 dargestellt, wird die Halbleitervorrichtung 12 (die oben Bezug nehmend auf 1 bis 2 beschrieben wurde) bereitgestellt. Die Halbleitervorrichtung 12 kann zum Beispiel eine PIN-Fotodiode oder einen anderen geeigneten Fotodetektor aufweisen. Wie in 25 bis 26 dargestellt, wird eine Schicht von positivem Photoresist 84 (zum Beispiel mittels Spincoatings) auf die Oberfläche der Halbleitervorrichtung 12 abgeschieden, bedeckend den aktiven Bereich 18 und umgebende Bereiche. Die resultierende Anordnung 86 wird mit der oben beschriebenen Maskenanordnung 82 (22) in den weiteren Schritten verwendet.
Wie in 27 dargestellt, wird die Maskenanordnung 82 an der Oberseite von Anordnung 86 platziert und von der Oberseite aus beleuchtet, wie mittels der gestrichelten Pfeile in 27 angezeigt. Der fassförmige Abschnitt 80 der Maskenanordnung 82 dient als ein Distanzierung bzw. Abstandshalter zum Sicherstellen einer angemessenen Beabstandung. Es ist anzumerken, dass das Licht durch das gesamte Glas 72 und durch die konvexe Linse 76 transmittiert wird. Die konvexe Linse 76 biegt oder bildet ab das Licht in eine Kegelgestalt, und Brechung verschmälert weiter den Kegel des Lichts, wenn das Licht in den positiven Photoresist 84 eindringt. Daher wird ein kegelförmiger Bereich im Inneren des positiven Photoresists 84 beleuchtet. Nachfolgendes Entwickeln entfernt den Teil des positiven Photoresists 84, der beleuchtet worden ist, und lässt den Teil des positiven Photoresists 84 intakt, der nicht beleuchtet worden war. Der Teil des positiven Photoresists 84, der nicht beleuchtet worden war, definiert den Körper 20 des resultierenden nicht abbildenden optischen Konzentrators 14 (28). Ein Entfernen des Teils des positiven Photoresists 84, der beleuchtet worden war, definiert den Kavitätsbereich 22 des resultierenden nicht abbildenden optischen Konzentrators 14.
Wie in 29 dargestellt, wird eine Schattenmaske 88 an der Oberseite des Körpers 20 platziert. Die Schattenmaskenöffnung ist mit dem Kavitätsbereich 22 ausgerichtet. Die gesamte Anordnung, welche die Halbleitervorrichtung 12 und den nicht abbildenden optischen Konzentrator 14 aufweist, wird relativ an einer Achse bei einem schrägen Winkel zu der Richtung einer Metallquelle in einem Metallabscheideprozess gedreht, angezeigt mittels gestrichelten Pfeilen. Dies ist geeignet für das Abscheiden, das mittels Verdampfens durchgeführt wird, wo das Metall in einer Sichtlinie von der Quelle zu den Seitenwänden des Kavitätsbereichs 22 abgeschieden wird. Ein optisch reflektierendes Metall, wie zum Beispiel Gold, ist geeignet. Die Schattenmaske 88 maskiert den aktiven Bereich 18, während ermöglicht wird, dass Metall auf den Seitenwänden des Kavitätsbereichs 22 abgeschieden wird. Das Metall wird gleichmäßig um die Seitenwände des Kavitätsbereichs 22 abgeschieden, da die Anordnung gedreht wird.
Obwohl dies nicht gezeigt ist, weist ein alternatives Verfahren zum Herstellen einer optoelektronischen Vorrichtung 10 das Bereitstellen einer Form („mold“) auf, die eine Gestalt hat, die zu dem nicht abbildenden optischen Konzentrator 14 korrespondiert. Die Form wird mit einer lichtaushärtbaren infrarottransparenten Flüssigkeit gefüllt und auf die Oberseite der Halbleitervorrichtung 12 abgesenkt. Die Form wird dann mit ultraviolettem Licht bestrahlt, um das flüssige Material auszuhärten, dadurch wird der optische Konzentrator 14 gebildet. Die Form wird entfernt, und Metall wird auf den Seitenwänden des Kavitätsbereichs 22 in der oben beschriebenen Weise abgeschieden.
Ein exemplarisches Verfahren zum Herstellen der optoelektronischen Vorrichtung 42 (5 bis 6) ist in 30 bis 49 dargestellt. Wie in 30 bis 31 dargestellt, wird zunächst eine Maske mittels Aufbringens einer Schicht aus opakem Material, wie zum Beispiel Chrom, auf die Oberfläche eines transparenten Substrats, wie zum Beispiel Glas 92, gebildet. Chrom 90 wird in einer Gestalt strukturiert, die eine kreisförmige Öffnung hat. Wie in 32 bis 33 dargestellt, wird dann über Chrom 90 eine Schicht von positivem Photoresist 94 abgeschieden (zum Beispiel mittels Spincoating). Wie in 34 bis 35 dargestellt, wird der positive Photoresist 94 in eine Scheibenform strukturiert, die einen Durchmesser von weniger als dem äußeren Durchmesser der kreisförmigen Öffnung in Chrom 90 und größer als der innere Durchmesser der kreisförmigen Öffnung in Chrom 90 hat. Wie in 36 bis 37 dargestellt, wird der positive Photoresist 94 einem Reflow-Prozess unterzogen, der den positiven Photoresist 94 in eine konvexe Linse 96 gestaltet. Wie in 38 bis 39 dargestellt, wird eine zweite Schicht von positivem Photoresist 98 über die konvexe Linse 96 abgeschieden und wird einem sanften Backen („soft bake“) ausgesetzt.
Wie in 40 bis 41 dargestellt, wird die Anordnung (39) von der Rückseite oder der Unterseite aus beleuchtet, wie mittels der gestrichelten Pfeile in 41 angezeigt. Wie in 42 bis 43 dargestellt, entfernt ein nachfolgendes Entwickeln den Teil des positiven Photoresists 98, der beleuchtet worden ist, und lässt einen Teil 100 von positivem Photoresist 78 intakt, der mittels Chrom 70 maskiert war. Teil 100 hat eine kreisförmige Öffnung, die zu der kreisförmigen Öffnung in Chrom 90 korrespondiert. Der vorangehende Reflow-Schritt stellt sicher, dass die konvexe Linse 96 nicht wegentwickelt wird. Die resultierende Maskenanordnung 102 wird wie unten beschrieben verwendet.
Wie in 44 bis 45 dargestellt, wird eine Halbleitervorrichtung 44 (oben beschrieben Bezug nehmend auf 5 bis 6) bereitgestellt. Die Halbleitervorrichtung 44 kann zum Beispiel eine PIN-Fotodiode oder einen anderen geeigneten Fotodetektor aufweisen. Wie in 46 bis 47 dargestellt ist, wird eine Schicht von negativem Photoresist 104 auf die Oberfläche der Halbleitervorrichtung 44 abgeschieden (zum Beispiel mittels Spincoatings), bedeckend den aktiven Bereich 50 und umgebende Bereiche. Die resultierende Anordnung 106 wird mit der oben beschriebenen Maskenanordnung 102 (43) in den folgenden Schritten verwendet.
Wie in 48 dargestellt ist, wird die Maskenanordnung 102 an der Oberseite der Anordnung 106 angeordnet und von der Oberseite aus beleuchtet, wie mittels der gestrichelten Pfeile in 48 angezeigt. Teil 100 der Maskenanordnung 102 dient als eine Distanziereinrichtung zum Sicherstellen einer angemessenen Beabstandung. Es ist zu beachten, dass das Licht durch das gesamte Glas 92 und durch die konvexe Linse 96 transmittiert wird. Die konvexe Linse 96 beugt oder abbildet das Licht in eine Kegelgestalt, und Brechung engt den Lichtkegel weiter ein, wenn das Licht in den negativen Photoresist 106 eintritt. Daher wird ein kegelförmiger Bereich im Inneren des negativen Photoresists 104 beleuchtet. Nachfolgendes Entwickeln entfernt den Teil von negativem Photoresist 104, der nicht beleuchtet worden ist und lässt den Teil des negativen Photoresists 104 intakt, der beleuchtet worden ist. Der Teil von negativem Photoresist 104, der beleuchtet worden ist, definiert den Festkörperbereich 52 des resultierenden nicht abbildenden optischen Konzentrators 46 (49).
Ein exemplarisches Verfahren zum Herstellen der optoelektronischen Vorrichtung 26 (3 bis 4) ist in 50 bis 55 dargestellt. Das Verfahren weist eine wohlbekannte Technik auf, die anisotropes Ätzen genannt wird. Wie in 50 dargestellt, wird ein Wafer eines geeigneten Halbleitermaterials wie zum Beispiel Silizium 108 bereitgestellt. Da die kristalline Struktur in diesem Verfahren wichtig ist, ist das Silizium 108 vorzugsweise <100>-Silizium. Der Pfeil 110 zeigt die <100>-Richtung an, das heißt die Richtung normal zu der <100>-Kristallebene. Die <111>-Richtung, angezeigt mittels des Pfeils 112, ist in diesem Verfahren auch wichtig. Es ist zu beachten, dass der Winkel zwischen den <100>- und <111>-Richtungen 54,7° ist. Silizium 108 sollte vor den verbleibenden Schritten gereinigt werden (zum Beispiel sogenanntes „RCA Clean“).
Wie in 51 dargestellt, kann Silizium 108 thermischer Oxidierung (zum Beispiel ungefähr 900 bis 1100° C) ausgesetzt werden, um Oxidschichten 114 und 116 an den Waferoberflächen zu erzeugen. Eine Schicht von positivem Photoresist 118 wird dann über der Oxidschicht 116 abgeschieden (zum Beispiel mittels Spincoatings). Wie in 52 dargestellt ist, wird dann eine kreisförmige Öffnung in dem positiven Photoresist 118 gebildet. Wie in 53 dargestellt ist, wird dann ein Oxidätzprozess durchgeführt, um eine kreisförmige Öffnung in der Oxidschicht 116 korrespondierend zu der kreisförmigen Öffnung in dem positiven Photoresist 118 zu bilden. Während des Oxidätzens sollte die Rückseite oder die Unterseite der Struktur mit Photoresist oder Wachs (nicht gezeigt) geschützt sein oder mittels Platzierens der Struktur an einer Glasplatte (nicht gezeigt). Der positive Photoresist 118 wird nach dem Oxidätzen entfernt. Die resultierende Struktur, die eine kreisförmige Öffnung in der Oxidschicht 116 hat, ist in 54 gezeigt.
Die Struktur (54) wird dann einer Kaliumhydroxid (KOH) Ätzung ausgesetzt. Es ist wohl bekannt, dass <100>-Silizium anisotrop ätzt, so dass der geätzte Bereich Wände hat, die in einem 54,7° Winkel von der <100>-Kristallebene orientiert sind. Dies tritt auf, weil KOH eine selektive Ätzrate zeigt, die grob 400 Mal höher in <100>-Kristallrichtungen ist als in <111>-Kristallrichtungen. Als ein Ergebnis eines solchen KOH-Ätzens, wird der oben beschriebene vierseitige pyramidenförmige Kavitätsbereich 38 in Silizium 108 gebildet.
Oxidschichten 114 und 116 werden dann entfernt (zum Beispiel durch gepufferte Flusssäure (BHF)). Optisch reflektierendes Metall wird dann an den Seitenwänden der Kavität 38 (55) an dem Wafer mittels Sputterns oder Verdampfens abgeschieden. Die resultierende Struktur wird dann auf eine angemessene Größe geschnitten und auf der Halbleitervorrichtung 28 montiert, um die in 3 bis 4 gezeigte optoelektronische Vorrichtung 26 zu bilden. Da der oben beschriebene Prozess von einem Fachmann auf dem technischen Gebiet wohlverstanden ist, sind Details aus Gründen der Klarheit weggelassen worden.
Ein exemplarisches Verfahren zum Herstellen der optoelektronischen Vorrichtung 56 (7 bis 8) ist in 56 bis 57 dargestellt. Eine Form 120 wird bereitgestellt. Die Form 120 ist für ultraviolettes Licht transparent, mit Ausnahme der oberen Oberfläche der Form 120, die für ultraviolettes Licht opak ist. Die Form 120 hat eine Formkavität 122 mit einer Gestalt, die zu dem nicht abbildenden optischen Konzentrator 60 korrespondiert. Die Formkavität 122 ist mit einer lichtaushärtbaren Flüssigkeit (nicht gezeigt) gefüllt, und die Halbleitervorrichtung 58 wird auf die Form 120 so abgesenkt, dass die Oberfläche der Halbleitervorrichtung 58 die Oberfläche des Flüssigkeitspools in der Formkavität 122 kontaktiert. Alternativ kann die Form 120 auf die Halbleitervorrichtung 58 abgesenkt werden, da die Kapillarwirkung die Flüssigkeit daran hindert, aus der Formkavität 21 herauszufallen. Die Form 120 wird mit ultraviolettem Licht bestrahlt, um das flüssige Material innerhalb der Formkavität 122 auszuhärten, dadurch wird der nicht abbildende optische Konzentrator 60 (7 bis 8) an der Oberfläche der Halbleitervorrichtung 58 gebildet. Die Form 120 wird dann entfernt.
Es sollte verstanden werden, dass obwohl aus Gründen der Klarheit oben das Herstellen einer einzigen optoelektronischen Vorrichtung beschrieben worden ist, viele solche optoelektronischen Vorrichtungen simultan an demselben Wafer gebildet werden können.
Ein anderes exemplarisches Verfahren zum Herstellen von Maskenanordnungen oder Maskenstrukturen, ähnlich zu den oben beschriebenen Maskenanordnungen 82 und 102, ist in 58 bis 70 dargestellt. Wie in 58 dargestellt, wird zunächst ein geeignetes optisches Maskensubstrat 202 bereitgestellt, das aus einem Material wie zum Beispiel Quarzglas besteht. Obwohl in dem exemplarischen Ausführungsbeispiel das optische Maskensubstrat 202 aus Quarzglas besteht, kann in anderen Ausführungsbeispielen solch ein optisches Maskensubstrat aus irgendeinem anderen geeigneten Material bestehen, das transparent für ultraviolettes (UV)-Licht ist (oder andere vorbestimmte Wellenlängen, die in den hier beschriebenen fotolithografischen Prozessen verwendet werden). Obwohl das optische Maskensubstrat 202 in 58 aus Gründen der Klarheit in generalisierter Gestalt gezeigt ist, sollte verstanden werden, dass das optische Maskensubstrat 202 eine Gestalt und eine Größe ähnlich zu der eines typischen Halbleiterwafers hat. Aus Gründen der Klarheit sind in 58 bis 71 nur ein kleiner Bereich des optischen Maskensubstrats 202 und zugehörige Strukturen gezeigt.
Wie in 59 dargestellt, wird eine Schicht 204 aus Polysilizium an einer Oberfläche des optischen Maskensubstrats 202 abgeschieden. Obwohl in dem exemplarischen Ausführungsbeispiel diese erste Schicht aus Polysilizium besteht, kann in anderen Ausführungsbeispielen solch eine erste Schicht aus irgendeinem anderen geeigneten Material bestehen, das in Form einer dünnen (zum Beispiel ungefähr 2000 Ä) Schicht abgeschieden oder in anderer Weise gebildet werden kann, durch bekannte Ätzprozesse ätzbar ist und opak für UV-Licht ist (oder andere vorbestimmte Wellenlängen, die in hier beschriebenen fotolithografischen Prozessen verwendet werden).
Wie in 60 bis 61 dargestellt, wird eine kreisförmige Apertur 206 dann in der Schicht 204 aus Polysilizium strukturiert. Irgendeine geeignete Methode kann verwendet werden, um die Schicht 204 zu strukturieren, wie zum Beispiel Abscheiden eines Photoresist-Materials auf der Oberfläche der Schicht 204, Aussetzen der Photoresist-Schicht einem UV-Licht durch eine Maske (nicht gezeigt), Entwickeln der Photoresist-Schicht zum Bilden einer kreisförmigen Apertur, nasses oder trockenes Ätzen der Schicht 204 durch die Öffnung des Photoresists, und dann Strippen des verbleibenden Photoresists. Solche herkömmlichen Unterschritte sind aus Gründen der Klarheit nicht separat dargestellt, da sie von Fachleuten auf dem technischen Gebiet wohlverstanden werden.
Wie in 62 dargestellt, wird eine Schicht 208 aus Bor-Phosphat-Silikat-Glas (BPSG) dann auf der Oberfläche der Schicht 204 abgeschieden. Obwohl in dem exemplarischen Ausführungsbeispiel diese zweite Schicht aus BPSG besteht, kann eine zweite Schicht in anderen Ausführungsbeispielen aus einem beliebigen anderen optischen Material bestehen, das zum Bilden einer brechenden Mikrolinse des unten beschriebenen Typs geeignet ist.
Wie in 63 dargestellt, wird dann eine Schicht 210 aus positivem Photoresist-Material auf der Oberfläche der Schicht 208 abgeschieden und in einen scheibenförmigen Bereich strukturiert. Jedes geeignete Verfahren kann verwendet werden, um diese dritte Schicht 210 zu strukturieren, wie zum Beispiel Aussetzen der Schicht 210 einem UV-Licht durch eine Maske (nicht gezeigt) und dann Entwickeln. Solche herkömmlichen Unterschritte sind aus Gründen der Klarheit nicht separat dargestellt, da sie von Fachleuten auf dem technischen Gebiet wohlverstanden werden.
Wie in 64 dargestellt ist, wird, folgend auf das oben beschriebene Strukturieren, die Schicht 210 aus positivem Photoresist-Material (63) ausreichender Wärme ausgesetzt, um den scheibenförmigen Bereich des positiven Photoresists dazu zu bringen, in einen linsenförmigen Bereich 212 um- oder rückzufließen („reflow“), und sein Polymer dazu zu bringen zu vernetzen. Wie unten beschrieben, ist es erforderlich, dass Vernetzung zu einem ausreichenden Ausmaß auftritt, um dem Entwicklungsschritt zu widerstehen, der unten Bezug nehmend auf 66 bis 67 beschrieben ist. Die meisten kommerziell verfügbaren positiven Photoresist-Materialien vernetzen ausreichend bei ungefähr 250°C. Daher wird die Schicht 210 in dem exemplarischen Ausführungsbeispiel einer Temperatur von mindestens 250°C ausgesetzt. Wie hierin verwendet, ist beabsichtigt, dass sich der Begriff „linsenförmig“ auf eine konvexe Gestalt bezieht.
Wie in 65 dargestellt, wird eine andere Schicht 214 aus positivem Photoresist-Material auf der Oberfläche der Schicht 208 abgeschieden, dadurch wird der linsenförmige Bereich 212 eingebettet. Wie in 66 bis 67 dargestellt, wird eine kreisförmige Apertur 216 dann in die Oberfläche 219 der Schicht 214 strukturiert. Jedes beliebige Verfahren kann verwendet werden, um diese vierte Schicht 214 zu strukturieren, zum Beispiel indem dieselbe durch eine Maske (nicht gezeigt) UV-Licht ausgesetzt wird und entwickelt wird. Solche herkömmlichen Unterschritte sind aus Gründen der Klarheit nicht separat dargestellt, da sie von Fachleuten auf dem technischen Gebiet wohlverstanden werden. Das Strukturieren der kreisförmigen Apertur 216 in Schicht 214 legt die Oberfläche des linsenförmigen Bereichs 212 des positiven Photoresists frei, wie in 67 gezeigt. Das Entwicklungsverfahren oder ähnliche Verfahren löst den linsenförmigen Bereich 212 des positiven Photoresists (von Schicht 210) nicht auf und schädigt diesen auch nicht in anderer Weise, da er mittels des oben beschriebenen Erwärmungsschritts vernetzt worden ist. Es ist anzumerken, dass, da die kreisförmige Apertur 216 eine Tiefendimension hat, die kreisförmige Apertur 216 eine Kavität 218 definiert, in welcher die Oberfläche des linsenförmigen Bereichs 212 freigelegt ist.
Wie in 68 dargestellt, wird Trockenätzen durchgeführt. In dem exemplarischen Ausführungsbeispiel weist das Trockenätzverfahren das Verwenden einer induktiv gekoppelten Plasma (ICP) Quelle auf. Ein geeignetes Trockenätzverfahren ist im Stand der Technik zum Beispiel als ICP-RIE (reaktives Ionenätzen, „reactive ion etching“) bekannt. Wenn das Trockenätzverfahren begonnen hat, entfernt das Verfahren Photoresist-Material von den horizontal freigelegten Bereichen des linsenförmigen Bereichs 212 und der Oberfläche 219. Es findet wesentlich weniger Ätzen an der Seitenwand der Kavität 218 statt. Wenn das Trockenätzverfahren begonnen hat, weist die Endoberfläche der Kavität 218 anfänglich die originale Oberfläche des linsenförmigen Bereichs 212 von positivem Photoresist auf. Wenn das Trockenätzverfahren progressiv Material auf einer atomaren Skala in einer gleichmäßigen Verteilung über die Endoberfläche der Kavität 218 hinweg entfernt, bleibt die Gestalt der Endoberfläche der Kavität 218 über das Ätzverfahren hinweg unverändert. Dies bedeutet, dass die Gestalt des linsenförmigen Bereichs 212 erhalten bleibt, wenn das Ätzen sich in die geschichtete Struktur nach unten hin kontinuierlich fortsetzt, das heißt in einer Richtung zu dem optischen Maskensubstrat 202 hin, selbst wenn das Ätzverfahren Material von dem linsenförmigen Bereich 212 entfernt. Das ursprüngliche Ausmaß von Material, das mittels Trockenätzens entfernt wird, ist in jeder von 68 bis 70 mit gestrichelten Linien angezeigt. Daher ist die ursprüngliche Position des linsenförmigen Bereichs 212, das heißt bevor das Trockenätzen begonnen wird, durch eine gestrichelte Linie in 68 angezeigt, während die Position des linsenförmigen Bereichs 212 zu einer Zeit, nachdem das Ätzen begonnen hat, mit einer durchgezogenen Linie angezeigt ist. Es ist zu beachten, dass zu dem Zeitpunkt, der durch 68 dargestellt ist, der linsenförmige Bereich 212 nicht länger vollständig innerhalb der Schicht 214 positioniert ist, sondern stattdessen teilweise innerhalb der Schicht 214 und teilweise innerhalb der Schicht 208 positioniert ist. Dies bedeutet, dass zu dem Zeitpunkt, der durch 68 dargestellt ist, der linsenförmige Bereich 212 begonnen hat, in die Schicht 208 hineingeätzt zu werden. In ähnlicher Weise wird auch die Oberfläche 219 geätzt. Die neue Oberfläche 219 ist näher an der Schicht 208. Mit anderen Worten wird die Schicht 214 dünner.
Es ist zu beachten, dass die Endoberfläche der Kavität 218 sich ausgehend von der ursprünglichen Position, die in 67 gezeigt ist, progressiv nach unten hin in die geschichtete Struktur erstreckt, wenn das Trockenätzen begonnen wird, eine exemplarische Zwischenposition erreicht, die in 68 gezeigt ist, wenn das Trockenätzen fortgesetzt wird, und schließlich eine endgültige Position erreicht, die in 69 gezeigt ist, wenn das Trockenätzen fertiggestellt ist. Es ist zu beachten, dass in 69 die Gestalt der Endoberfläche der Kavität 218, aufweisend die Gestalt des linsenförmigen Bereichs 212, vollständig in die Schicht 208 aus BPSG hineintransferiert worden ist, selbst obwohl das gesamte ursprüngliche Material des linsenförmigen Bereichs 212 (welches, wie in 67 gezeigt, aus der Schicht 214 des positiven Photoresist-Materials besteht) entfernt worden ist. Dies bedeutet, dass zu der Zeit, die durch 69 dargestellt ist, wenn das Trockenätzverfahren vervollständigt ist, der linsenförmige Bereich 212 vollständig innerhalb der Schicht 208 angeordnet ist.
Es ist zu beachten, dass in 69, wenn das Trockenätzen fertiggestellt worden ist, die Linsenform des (entfernten) linsenförmigen Bereichs 212 an die Schicht 204 aus Polysilizium nicht anstößt, sondern stattdessen gegenüber dieser um einen Abstand M getrennt ist. Das Bereitstellen von solch einer Trennung oder eines solchen Abstands M kann nützlich sein, um Verfahrensvariationen über den Wafer hinweg Rechnung zu tragen. Es ist zu beachten, dass die Oberfläche 219 nicht in die Schicht 208 hineinkreuzt. Einiges Material der Schicht 214 verbleibt.
Es ist Bezug nehmend auf 70 auch darauf hinzuweisen, dass die Apertur 206 in der Schicht 204 einen Durchmesser hat, der geringer als der Durchmesser des linsenförmigen Bereichs 212 der Schicht 208 ist. Wie Fachleute auf dem technischen Gebiet zu schätzen wissen, stellt diese Überlappung des Umfangs des linsenförmigen Bereichs 212 mit dem Umfang der Apertur 206 vorteilhafte optische Charakteristika gegenüber einer Anordnung (nicht gezeigt) bereit, in der solch ein linsenförmiger Bereich und solch eine Apertur gleiche Durchmesser haben.
Wie in 70 dargestellt ist, können, wenn das Trockenätzen vervollständigt ist, die verbleibenden Teile der Schicht 214 aus positivem Photoresist-Material entfernt werden. Als ein Ergebnis der oben beschriebenen Verfahren können das optische Maskensubstrat 202 und die Schichten 204 und 208 gemeinsam eine Maskenstruktur 224 definieren.
Wie in 71 dargestellt, kann die Maskenstruktur 224 in weiterer fotolithografischer Verarbeitung verwendet werden, um eine Halbleiterstruktur 226 freizulegen. Solche weitere fotolithografische Verarbeitung kann ähnlich zu jener sein, die oben Bezug nehmend auf 27 und 48 beschrieben worden ist. Daher kann zum Beispiel die Halbleiterstruktur 226 einen Halbleiterwafer 228 aufweisen, an dem zum Beispiel eine Mehrzahl von PIN-Fotodioden hergestellt werden kann, von denen jede einen aktiven Bereich 230 hat. Die Halbleiterstruktur 226 weist eine Schicht aus negativem Photoresist 232 auf, welche die Oberfläche des Halbleiterwafers 228 bedeckt, in welcher der aktive Bereich 230 gebildet ist.
In einer Weise, die ähnlich zu jener ist, die oben Bezug nehmend auf 48 beschrieben worden ist, wird die Maskenstruktur 224 an der Oberseite der Halbleiterstruktur 226 platziert und von der Oberseite aus beleuchtet, wie mittels der gestrichelten Pfeile in 71 angezeigt. Die Schicht 208 der Maskenstruktur 224 dient als eine Distanzierungseinrichtung, um ein angemessenes Beabstanden zwischen dem linsenförmigen Bereich 212 und der Resist-Oberfläche 220 sicherzustellen. Es ist anzumerken, dass das Licht durch die optische Maskenstruktur 202, die Apertur 206 in der Schicht 204 und den linsenförmigen Bereich 212 der Schicht 208 transmittiert wird. Der linsenförmige Bereich 212 dient als eine Mikrolinse, welche das Licht durch Brechung in eine kegelförmige Gestalt biegt. Daher wird ein kegelförmiger Bereich innerhalb des negativen Photoresists 232 beleuchtet. Nachfolgendes Entwickeln entfernt den Teil des negativen Photoresists 232, der nicht beleuchtet worden ist, und lässt den Teil des negativen Photoresists 232 intakt, der beleuchtet worden ist. Die resultierende Struktur ist ähnlich zu jener, die oben Bezug nehmend auf 49 beschrieben worden ist. Es sollte auch verstanden werden, dass obwohl in dem exemplarischen Ausführungsbeispiel die kreisförmige Apertur 216 eine kreisförmige Gestalt hat, in anderen Ausführungsbeispielen (nicht gezeigt) solch eine Apertur eine andere beliebige Form haben kann; da die Schicht 208 als ein Distanzelement dient, ist die wichtige Charakteristik nicht die Gestalt der Apertur, sondern stattdessen der Abstand oder die Trennung (S) zwischen der Oberfläche 220 und dem Apex des linsenförmigen Bereichs 212.
Die Maskenstruktur 224 kann eine exemplarische von vielen hunderten oder tausenden von ähnlichen Maskenstrukturen sein, die in der oben beschriebenen Weise unter Verwendung von fotolithografischen Techniken gemeinsam gebildet werden. Wie in 72 dargestellt, definiert die Gesamtheit von solchen Maskenstrukturen eine Maske 234. In ähnlicher Weise kann die Halbleiterstruktur 226 eine von vielen hunderten oder tausenden von ähnlichen Halbleiterstrukturen sein, die in der oben beschriebenen Weise unter Verwendung von fotolithografischen Techniken gemeinsam gebildet werden. Die Gesamtheit von solchen Halbleiterstrukturen definiert einen Halbleiterwafer 236.
Wie in 72 dargestellt, kann, bevor die oben Bezug nehmend auf 71 beschriebenen Freilegungs- und Entwicklungsverfahren durchgeführt werden, die Maske 234 in eine rechteckförmige Gestalt getrimmt oder eingepasst werden, um ihre Verwendung in Standardhalbleiterausrüstung zu vereinfachen, die als Maskenausrichter (nicht gezeigt) bekannt ist. Zum Beispiel kann sie, in einer Gegebenheit, in welcher die Maske 234 als ein Glaswafer mit einem Durchmesser von 150 mm beginnt, in eine quadratische Gestalt geschnitten werden, die 100 mm an jeder Seite lang ist. Die Maske 234 hat dann dieselbe mechanische Gestalt wie eine Standard 100 mm Glasmaske für Ausrichter, die 75 mm Durchmesser Wafer und darunter aufnehmen können. Es ist darauf hinzuweisen, dass der Halbleiterwafer 236 typischerweise scheibenförmig ist.
Die Maske 234 weist zwei oder mehr (zum Beispiel so viel wie tausende, zehntausende etc.) Ausrichtungsindikatoren 238 des Typs auf, die auf dem technischen Gebiet als Ausrichtungsmarkierungen bezeichnet werden. Zum Beispiel kann, wie in 72 gezeigt, jeder Ausrichtungsindikator 238 ein Kreuz innerhalb eines Kreises aufweisen. Die Ausrichtungsindikatoren 238 können zum Beispiel in der Schicht 204 gebildet werden. In ähnlicher Weise weist der Halbleiterwafer 236 mehrere andere Ausrichtungsmerkmale oder Ausrichtungsindikatoren 240 auf. Zum Beispiel kann, wie in 72 gezeigt ist, jeder Ausrichtungsindikator 240 vier Quadrate aufweisen, die in einer quadratischen Formation angeordnet sind. Die Ausrichtungsindikatoren 240 können an der Oberfläche des Halbleiterwafers 228 gebildet werden. Das Herstellungspersonal kann die Ausrichtungsindikatoren 238 und 240 durch ein Mikroskop (nicht gezeigt) sehen und versuchen, die Position von einer oder beiden der Maske 234 und des Halbleiterwafers 236 anzupassen, bis jeder Ausrichtungsindikator 238 an der Maske 234 mit einem korrespondierenden Ausrichtungsindikator 240 an dem Halbleiterwafer 236 ausgerichtet ist. Es ist anzumerken, dass in der Querschnittsansicht von 73, wenn die Maske 234 und der Halbleiterwafer 236 zueinander ausgerichtet sind und angrenzend aneinander angeordnet sind, die Maskenstruktur 224 mit der Halbleiterstruktur 226 in Vorbereitung der Freilegungs- und Entwicklungsprozesse ausgerichtet sind, die oben Bezug nehmend auf 71 beschrieben worden sind.
Ein Parallaxeneffekt kann auftreten, der die Anstrengungen beeinträchtigen kann, die Maske 234 und den Halbleiterwafer 236 auszurichten, wenn durch ein Mikroskop auf die Ausrichtungsindikatoren 238 und 240 geblickt wird. Wie in 74 dargestellt (nicht skaliert), wird dieser Parallaxeneffekt durch die kombinierten Dicken der Schichten 208 und 232 bewirkt. Ein Betrachter 242, der entlang einer Achse 244 blickt, die sowohl den Ausrichtungsindikator 238 als auch den Ausrichtungsindikator 240 schneidet, nimmt die Ausrichtungsindikatoren 238 und 240 korrekt als relativ zueinander ausgerichtet wahr und passt daher die Positionen der Maske 234 oder des Halbleiterwafers 236 nicht (weiter) aufeinander an. Allerdings würde, aufgrund des Parallaxeneffekts, der durch die Trennung oder den Abstand D zwischen den Ausrichtungsindikatoren 238 und 240 erzeugt wird, ein Betrachter 246, der von einer Position aus blickt, die nicht auf der Achse 244 liegt, (wenn die unten beschriebenen Merkmale nicht vorhanden wären) fehlerhaft die Ausrichtungsindikatoren 238 und 240 als zueinander nicht ausgerichtet wahrnehmen und könnte daher eine oder beide der Maske 234 und des Halbleiterwafers 236 in einem Versuch zum Verbessern der Ausrichtung umpositionieren. Solch ein Versuch würde dazu führen, dass die Maske und der Wafer in einem nicht ausgerichteten Zustand wären.
Wie in 74 dargestellt, kann eine Ausrichtungslinse 248 an einer Position bereitgestellt werden, die entlang der Achse 244 mit den Ausrichtungsindikatoren 238 und 240 ausgerichtet ist. Ein exemplarisches Verfahren zum Bilden der Ausrichtungslinse 248 wird unten beschrieben. Die Ausrichtungslinse 248 kann entweder eine brechende Linse oder eine beugende Linse sein, die als ein Phasenraster („phase grating“) konstruiert ist. Die Ausrichtungslinse 248 fördert die Minimierung des oben beschriebenen Parallaxeneffekts mittels Reduzierens des Abstands D zwischen Ausrichtungsindikatoren 238 und 240 auf einen effektiven oder scheinbaren Abstand D'. Die Ausrichtungslinse 248 reduziert den Abstand D auf einen scheinbaren Abstand D' mittels Projizierens eines Bildes 240' des Ausrichtungsindikators 240 in das optische Maskensubstrat 202. Anstrengungen, die Maske 234 und den Halbleiterwafer 236 auszurichten, während der Ausrichtungsindikator 238 und der Ausrichtungsindikator 240 durch ein Mikroskop betrachtet werden (gesehen von einem Betrachter 242 als Bild 240'),können effektiver sein, weil ein abseits der Achse blickender Betrachter den Ausrichtungsindikator 238 und das Bild 240' als näher zueinander ausgerichtet wahrnimmt, als solch ein Betrachter die Ausrichtungsindikatoren 238 und 240 wahrnehmen würde.
Um die Ausrichtungsindikatoren 238 einer Maske 234 zu bilden, kann der oben Bezug nehmend auf 60 beschriebene Schritt wie in 75 bis 76 gezeigt modifiziert werden, so dass Ausrichtungsindikatoren 238 in der Schicht 204 aus Polysilizium strukturiert werden, wenn die kreisförmige Apertur 206 (60) in Schicht 204 strukturiert wird. Wie in 77 dargestellt ist, können die Ausrichtungsindikatoren 238 dann in die Schicht 208 aus BPSG eingebettet werden, die auf Schicht 204 abgeschieden wird, wie oben Bezug nehmend auf 62 beschrieben worden ist.
Um die Ausrichtungslinse 248 an der Maske 234 zu bilden, kann der oben Bezug nehmend auf 63 beschriebene Schritt modifiziert werden, wie in 77 dargestellt, so dass eine Strukturierung von Photoresist 250 abgeschieden wird, wenn die Schicht 210 (63) aus Photoresist abgeschieden wird. Die Strukturierung des Photoresists 250 wird als eine Maske zum Ätzen der Schicht 208 verwendet. Die Strukturierung des Photoresists 250 wird dann entfernt. Wie in 79 dargestellt, werden diese Schritte des Aufbringens einer Strukturierung von Photoresist 250 und dessen Verwendung als eine Maske zum Ätzen der Schicht 208 wiederholt durchgeführt, bis ein Phasenraster in der Schicht 208 gebildet worden ist. Fachleute auf dem technischen Gebiet sind fähig, geeignete Strukturierungen von Photoresists 250 auszuwählen, die zu dem Bilden von solch einem geeigneten Phasenraster führen.
Obwohl in dem exemplarischen Ausführungsbeispiel, das oben beschrieben worden ist, die Ausrichtungslinse 248 eine Beugungslinse beugend ist, kann in anderen Ausführungsbeispielen solch eine Ausrichtungslinse brechend sein. Solch eine brechende Ausrichtungslinse kann auf eine Weise gebildet werden, die oben Bezug nehmend auf 60 bis 70 beschrieben worden ist. In Ausführungsbeispielen, die eine brechende Ausrichtungslinse haben, sollte der Durchmesser des scheibenförmigen Bereichs von Photoresist (ähnlich zu Schicht 210 in 63) justiert werden, um die geeignete Krümmung bereitzustellen, die von der Krümmung des oben beschriebenen linsenförmigen Bereichs 212 (64) abweichen kann.

Claims

Eine Halbleiteranordnung aufweisend eine optische Maske (234) zur Verwendung beim Herstellen einer Halbleitervorrichtung, wobei die optische Maske (234) ein optisches Maskensubstrat (202) hat, welches einen ersten Ausrichtungsindikator (238) aufweist; einen Wafer (236), welcher einen zweiten Ausrichtungsindikator (240) aufweist; und eine brechende Ausrichtungslinse (248), welche in eine Glasschicht (208) geätzt ist, wobei die Glasschicht (208) eine erste Oberfläche, die in Kontakt mit dem optischen Maskensubstrat (202) ist, und eine gegenüberliegende Oberfläche hat, die in Kontakt mit dem Wafer (236) ist, um eine bildliche Ausrichtung des ersten Maskenausrichtungsindikators (238) mit dem zweiten Maskenausrichtungsindikator (240) zu erleichtern, wobei die Ausrichtungslinse (248) an einer Position in der Glasschicht (208) geätzt ist, die ausgerichtet ist mit einer Betrachtungsachse (244), die sich zwischen dem ersten Ausrichtungsindikator (238) und dem zweiten Ausrichtungsindikator (240) erstreckt, wobei die Position ausgewählt ist, die Ausrichtungslinse (248) zu konfigurieren, um ein Bild (240') des zweiten Ausrichtungsindikators (240) in das optische Maskensubstrat (202) zu projizieren und einen scheinbaren Abstand (D') bereitzustellen, der kleiner ist als ein tatsächlicher Abstand (D) zwischen dem ersten Ausrichtungsindikator (238) und dem zweiten Ausrichtungsindikator (240) zum Minimieren eines Parallaxeneffekts, wenn der zweite Ausrichtungsindikator (240) während der bildlichen Ausrichtung entlang der Betrachtungsachse (244) betrachtet wird.
Ein Verfahren, aufweisend: Bereitstellen eines optischen Maskensubstrats (202), wobei das optische Maskensubstrat (202) für eine vorbestimmte Wellenlänge von Licht transparent ist; Abscheiden einer ersten Schicht (204) an einer Oberfläche des optischen Maskensubstrats (202), wobei die erste Schicht (204) aus einem Material besteht, das für die vorbestimmte Wellenlänge opak ist; Bilden einer Apertur (206) in der ersten Schicht (204); Abscheiden einer zweiten Schicht (208) an einer Oberfläche der ersten Schicht (204), wobei die zweite Schicht (208) aus einem Material besteht, das für die vorbestimmte Wellenlänge transparent ist; Abscheiden einer dritten Schicht (210) an einer Oberfläche der zweiten Schicht (208), wobei die dritte Schicht (210) aus Photoresist-Material besteht; Strukturieren der dritten Schicht (210) zum Erzeugen eines scheibenförmigen Bereichs; Erwärmen der dritten Schicht (210), bis der scheibenförmige Bereich in einen linsenförmigen Bereich (212) rückfließt und vernetzt; Abscheiden einer vierten Schicht (214) an einer Oberfläche der dritten Schicht (210), wobei die vierte Schichte (214) den scheibenförmigen Bereich einbettet, wobei die vierte Schicht (214) aus Photoresist-Material besteht; Strukturieren der vierten Schicht (214) zum Erzeugen einer Kavität (218), die sich zu einer Oberfläche des linsenförmigen Bereichs (212) erstreckt, wobei ein Ende der Kavität (218) die Oberfläche des linsenförmigen Bereichs (212) aufweist; und Trockenätzen des Endes der Kavität (218), bis die zweite Schicht (208) eine Gestalt entwickelt, die zu dem linsenförmigen Bereich (212) korrespondiert, wodurch das optische Maskensubstrat (202) und die erste Schicht (204) und die zweite Schicht (208) gemeinsam eine optische Maskenvorrichtung (234) definieren.
Das Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei das optische Maskensubstrat aus Quarzglas besteht.
Das Verfahren gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei die erste Schicht aus Polysilizium besteht.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die zweite Schicht aus Bor-Phosphat-Silikat-Glas (BPSG) besteht.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die dritte Schicht aus einem positiven Photoresist-Polymer besteht.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei das Erwärmen der dritten Schicht ein Erwärmen der dritten Schicht auf mindestens 250°C aufweist.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei die vierte Schicht aus einem positiven Photoresist-Polymer besteht.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei das Trockenätzen des Endes der Kavität reaktives Ionenätzen (RIE) aufweist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei das reaktive Ionenätzen ein induktiv gekoppeltes Plasma (ICP, inductively coupled plasma) RIE aufweist.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 10, wobei die Kavität einen Durchmesser von zumindest gleich einem Durchmesser der Apertur hat.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 11, wobei die Apertur einen Durchmesser von weniger als einem Durchmesser des linsenförmigen Bereichs hat.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 12, ferner aufweisend: Bereitstellen eines Halbleiterwafers, der eine Halbleitervorrichtung aufweist; Abscheiden einer Schicht von Photoresist-Material über der Halbleitervorrichtung; und Ausrichten des optischen Maskengeräts mit dem Halbleiterwafer; Richten von Licht durch die optische Maskenvorrichtung auf das Photoresist-Material an dem Halbleiterwafer; und Entwickeln des Photoresist-Materials an dem Halbleiterwafer.
Das Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei das Ausrichten der optischen Maskenvorrichtung mit dem Halbleiterwafer aufweist: Bereitstellen einer Schicht, die eine Ausrichtungslinse zwischen der optischen Maskenvorrichtung und dem Halbleiterwafer definiert, wobei die Ausrichtungslinse eine von einer brechenden und einer beugenden ist; und Ausrichten eines Maskenausrichtungsindikators an der optischen Maskenvorrichtung mit einem Bild eines Waferausrichtungsindikators an dem Halbleiterwafer, wobei das Bild des Waferausrichtungsindikators mittels der Ausrichtungslinse in die optische Maskenvorrichtung projiziert wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei die Schicht, welche die Linse definiert, ein Fresnel-Muster aufweist.
Ein Verfahren, aufweisend: Bereitstellen eines optischen Maskensubstrats (202), wobei das optische Maskensubstrat (202) transparent für eine vorbestimmte Wellenlänge von Licht ist; Abscheiden einer ersten Schicht (204) an einer Oberfläche des optischen Maskensubstrats (202), wobei die erste Schicht (204) aus einem Material besteht, das für die vorbestimmte Wellenlänge opak ist; Bilden einer Apertur (206) in der ersten Schicht (204); Abscheiden einer zweiten Schicht (208) an einer Oberfläche der ersten Schicht (204), wobei die zweite Schicht (208) aus einem Material besteht, das für die vorbestimmte Wellenlänge transparent ist; Abscheiden einer dritten Schicht (210) an einer Oberfläche der zweiten Schicht (208), wobei die dritte Schicht (210) aus Photoresist-Material besteht; Strukturieren der dritten Schicht (210) zum Erzeugen eines scheibenförmigen Bereichs; Erwärmen der dritten Schicht (210), bis der scheibenförmige Bereich in einen linsenförmigen Bereich (212) rückfließt und vernetzt; Abscheiden einer vierten Schicht (214) an einer Oberfläche der dritten Schicht (210), wobei die vierte Schicht (214) den scheibenförmigen Bereich einbettet, wobei die vierte Schicht (214) aus Photoresist-Material besteht; Strukturieren der vierten Schicht (214) zum Erzeugen einer Kavität (218), die sich zu einer Oberfläche des linsenförmigen Bereichs (212) erstreckt, wobei ein Ende der Kavität (218) die Oberfläche des linsenförmigen Bereichs (212) aufweist; und reaktives Ionenätzen (RIE) des Endes der Kavität (218), bis die zweite Schicht (208) eine Gestalt entwickelt, die zu dem linsenförmigen Bereich (212) korrespondiert, wodurch das optische Maskensubstrat (202) und die erste Schicht (204) und die zweite Schicht (208) gemeinsam eine optische Maskenvorrichtung (234) definieren; Bereitstellen eines Halbleiterwafers (228), der eine Halbleitervorrichtung aufweist; Abscheiden einer Schicht (232) aus Photoresist-Material über der Halbleitervorrichtung; Bereitstellen einer Schicht, die eine Ausrichtungslinse (248) zwischen der optischen Maskenvorrichtung (234) und dem Halbleiterwafer (228) definiert, wobei die Ausrichtungslinse (248) eine von einer brechenden und einer beugenden ist; und Ausrichten eines optischen Maskenvorrichtungsausrichtungsindikators (238) an der optischen Maskenvorrichtung (234) mit einem Bild (D') eines Waferausrichtungsindikators (240) an dem Halbleiterwafer (228), wobei das Bild (D') des Waferausrichtungsindikators (240) mittels der Ausrichtungslinse (248) in die optische Maskenvorrichtung (234) projiziert wird, Richten von Licht durch die Maske (234) auf das Photoresist-Material (232) an dem Halbleiterwafer (228); und Entwickeln des Photoresist-Materials (232) an dem Halbleiterwafer (228).
Das Verfahren gemäß Anspruch 16, wobei das optische Maskensubstrat aus Quarzglas besteht.
Das Verfahren gemäß Anspruch 16 oder 17, wobei die erste Schicht aus Polysilizium besteht.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei die zweite Schicht aus Bor-Phosphat-Silikat-Glas (BPSG) besteht.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei die dritte Schicht aus einem positiven Photoresist-Polymer besteht.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 16 bis 20, wobei das Erwärmen der dritten Schicht ein Erwärmen der dritten Schicht auf mindestens 250°C aufweist.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 16 bis 21, wobei die vierte Schicht aus einem positiven Photoresist-Polymer besteht.