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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Entfernen eines Randbereichs einer auf einem Substrat aufgebrachten Schicht
sowie zum Beschichten eines Substrats, insbesondere mit einer Photolackschicht.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Substrat, auf das
eine Schicht aufgebracht und ein Randbereich erfindungsgemäß entfernt
ist, insbesondere eine Photolackschicht zur Verwendung in einem
mikrolithographischen Verfahren.
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Beim
Beschichten von Substraten, beispielsweise von Wafern, Maskenrohlingen
(mask blanks), Photomasken oder Substraten zur Verwendung in LCD-Displays,
werden auch der Rand und die Kanten des Substrats mit beschichtet.
An diesen Stellen ist die Beschichtung jedoch unerwünscht, da
im Kontakt mit Handlingswerkzeugen, beispielsweise mit Vakuum-Greifvorrichtungen,
leicht Abrieb entstehen kann, der die Substrate kontaminierten kann.
Mit zunehmender Integrationsdichte von mikroelektronischen Strukturen
werden diese Probleme immer gravierender. Deshalb versucht man,
die Beschichtung vom Rand und/oder der Kante von Substraten wieder zu
entfernen.
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Es
ist bekannt, dass es beim Beschichten von Halbleiterwafern mit einem
Photolack durch Aufschleudern (spin coating) zu einem verdickten
Randbereich (edge bead) kommt. beim Aufschleudern wird ein Photolack-Tröpfchen auf
der Drehachse eines rasch rotierenden Wafers aufgebracht, das auf Grund
von Zentrifugalkräftenn
radial verteilt wird. Dabei bildet sich der verdickte Randbereich
aus. Während
nachfolgender Prozessschritte, bei denen der Wafer mit Hilfe eines
am Rand des Wafers ansetzenden Halte- oder Greifmittels ortsfest
gehalten wird, induziert der verdickte Randbereich auf die aufgebrachte
Photolackschicht auch Spannungen, die zu Fehlern bei einer nachfolgenden
Belichtung führen können. Im
Stand der Technik sind deshalb verschiedene Verfahren vorgeschlagen
worden, um den verdickten Randbereich wieder zu entfernen (edge
bead removal).
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Auch
bei galvanischen Beschichtungsverfahren treten verdickte Randbereiche
auf. Als Start- bzw.
Impfschicht (seed layer) wird häufig
eine leitfähige
Metallschicht aufgedampft, beispielsweise mittels physical vapor
deposition (PVD), auf der anschließend eine Metallschicht galvanisch
abgeschieden wird. Die Abscheidungsrate ist häufig am Rand eines Substrats
größer, was
beispielsweise zu unterschiedlich großen Stromdichten über den
Querschnitt des Substrats und zu mechanischen Spannungen führt.
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Um
solche verdickten Randbereiche selektiv zu entfernen, wird im Stand
der Technik ein geeignetes Lösungs-
oder Ätzmittel
selektiv auf den Randbereich aufgebracht.
US 5,952,050 offenbart ein Verfahren,
bei dem ein Lösungsmittel
mit Hilfe einer Düse
selektiv auf den Rand aufgesprüht
wird. Der von dem Randbereich gelöste Photolack wird von einem
Vakuum-Sauganschluss abgesaugt.
US 5,362,608 offenbart
ein Lösungsmittel
und ein Verfahren zum Ablösen
von Randbereichen auf einem Wafer.
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US 4,875,989 offenbart eine
Vorrichtung zur Bearbeitung von Wafern, bei der eine Chemikalie
selektiv ringförmig
auf den abzutragenden Randbereich aufgebracht wird.
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US 6,267,853 offenbart eine
Vorrichtung, bei der ein Ätzmittel
am Umfangs-Randbereich eines Wafers aufgesprüht wird, um einen verdickten
Randbereich einer Start- bzw. Impfschicht aus Metall abzulösen.
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WO
01/82001 A1 offenbart eine Vorrichtung, bei der ein verdickter Randbereich
einer Photolackschicht selektiv, ringförmig belichtet und dann abgelöst wird.
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Bei
diesen Verfahren besteht allerdings die Gefahr, dass die Lackschicht
an Stellen, die für
spätere
Prozessschritte benötigt
werden, durch Spritzer kontaminiert wird oder Lösungsmitteldämpfe absorbiert,
was dort die funktionellen Eigenschaften, beispielsweise Empfindlichkeit,
Dunkelabtrag, Haftung, ungünstig
beeinflusst. Einige Photolacke lassen sich mit diesen Verfahren
wegen ihrer schweren Löslichkeit
nicht restlos entfernen. Häufig
werden im Stand der Technik zusätzlich
zu den Lösungs-
bzw. Ätzmitteln
noch mechanische Reinigungsmittel, wie beispielsweise Bürsten, eingesetzt,
welche die Photolackschicht zusätzlich
schädigen
können.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein zuverlässigeres und einfacheres Verfahren
zum Entfernen eines Randbereichs einer auf einem Substrat aufgebrachten
Schicht sowie zum Beschichten eines Substrats mit einer Schicht
bereitzustellen. Ferner soll gemäß der vorliegenden
Erfindung eine entsprechende Vorrichtung bereitgestellt werden sowie
ein Substrat, das mit einer Schicht, insbesondere einer Photolackschicht
zur Verwendung in einem mikrolithographischen Verfahren, beschichtet
ist, bei der ein Randbereich zuverlässig entfernt ist.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 bzw. 11, durch
eine Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 15 bzw. 25 sowie
durch ein Substrat nach Anspruch 12. Vorteilhafte weitere Ausführungsformen sind
Gegenstand der rückbezogenen
Unteransprüche.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Verfahren zum Entfernen eines Randbereichs einer Schicht,
die auf einem Substrat aufgebracht ist, bereitgestellt, bei welchem
Verfahren ein Laserstrahl auf den Randbereich abgebildet und der
Randbereich durch den Laserstrahl abgetragen wird. Vorteilhaft ist,
dass ein Laserstrahl in einfacher Weise sehr präzise abgebildet werden kann,
so dass der abzutragende Randbereich mit hoher Genauigkeit, die
im wesentlichen nur durch Beugungseffekte oder dergleichen begrenzt
ist, vorgegeben werden kann. Vorteilhaft ist ferner, dass für einen
Laserstrahl diverse Parameter, beispielsweise Laserleistung, Laser-Pulsdauer,
Durchmesser des Laserstrahls im Bereich des Fokus bzw. im Randbereich,
in einfacher Weise variiert werden können, so dass erfindungsgemäß eine Mehrzahl
von Freiheitsgraden zur Verfügung
steht, um die Qualität
der Abtragung des Randbereichs geeignet vorzugeben.
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Insbesondere
steht mit der Wahl der Wellenlänge
des verwendeten Laserstrahls ein Parameter zur Verfügung, der
in überraschend
einfacher Weise optimal an die Beschaffenheit des im Randbereich abzutragenden
Materials angepasst werden kann. Beispielsweise kann die Wellenlänge auf
oder neben das Maximum einer Absorptionsbande oder einer Rotationsbande
des abzutragenden Materials eingestellt werden.
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Bevorzugt
wird der Laserstrahl mit Hilfe eines Abbildungsmittels, beispielsweise
einer Linse oder eines Linsensystems, eines Spiegels oder Spiegelsystems
oder einer diffraktiven Optik, geeignet auf den abzutragenden Randbereich
fokussiert, so dass der abzutragende Randbereich noch genauer definiert
werden und die in diesen Bereich einzutragende Energiedichte noch
weiter erhöht
werden kann. Zweckmäßig wird
der Laserstrahl auf den Randbereich punktförmig fokussiert, was zu einer
maximalen Leistungsdichte in dem Fokus führt. Der Laserstrahl kann auch
linienförmig
abgebildet und fokussiert werden, so dass gleichzeitig ein linienförmiger Randbereich
abgetragen werden kann. Bevorzugt ist der linienförmige Fokusbereich
senkrecht zu dem Rand des Substrats ausgerichtet. Zur linienförmigen Abbildung kann
eine Zylinderlinse oder ein System aus Zylinderlinsen oder länglichen
Hohlspiegeln verwendet werden.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform
wird der Laserstrahl so auf den Randbereich abgebildet, dass der
Laserstrahl im Wesentlichen senkrecht auf die Oberfläche des
Substrats einfällt.
In dieser Konfiguration kann das Substrat ohne Rücksicht auf störende Optiken
etc. auf im Wesentlichen gleicher Höhe hin- und herbewegt werden.
Alternativ kann der Laserstrahl auch so auf den Randbereich abgebildet werden,
dass der Laserstrahl im Wesentlichen parallel zu einer von der Substratoberfläche aufgespannten
Ebene einfällt.
Insgesamt fällt
der Laserstrahl bei dieser Konfiguration im Wesentlichen streifend
auf den Photolack auf die Substratoberfläche ein und trägt einen
linienförmigen
Bereich parallel zur Substratoberfläche ab. Insbesondere wenn das
Substrat kreisrund ist, wird es bevorzugt, wenn der Laserstrahl tangential
zu dem Rand des kreisrunden Substrats, beispielsweise Wafers oder
Maskblanks, einfällt. Durch
einfaches Drehen des Substrats kann so insgesamt ein konzentrischer
Randbereich abgetragen werden. Selbstverständlich kann der Laserstrahl auch
in geeigneter anderer Konfiguration auf das Substrat und den Randbereich
abgebildet werden.
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Bevorzugt
werden die Parameter des Laserstrahls, insbesondere Laserleistung,
Pulsdauer und Wellenlänge,
so gewählt,
dass der abzutragende Randbereich verdampft oder nahezu vollständig verdampft.
Aufgrund einer plötzlichen
Wärmeausdehnung
des entstehenden Dampfes können
auch mechanische Effekte zu einer weiteren Abtragung des Randbereichs
beitragen. Die Einzelheiten der Abtragung können erfindungsgemäß durch
einfache Variation der relevanten Laserparameter sowie durch einfache
Versuchsreihen in überraschend
einfacher Weise ermittelt werden.
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Damit
nicht Spritzer oder Dämpfe
nicht abzutragende Bereiche der Schicht kontaminieren oder schädigen, ist
bevorzugt in der Nähe
des Randbereichs eine Absaug- oder Abblasvorrichtung zum Absaugen
oder Abblasen des abgetragenen Randbereichs angeordnet.
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Bevorzugt
werden der Laserstrahl und das Substrat relativ zueinander bewegt,
während
der Laserstrahl den Randbereich abtastet und abträgt. Mit der
Geschwindigkeit, mit der der Laserstrahl und das Substrat relativ
zueinander bewegt werden, steht ein weiterer Parameter zur Verfügung, mit
dem die Qualität
der Abtragung in überraschend
einfacher Weise beeinflusst werden kann. Laserstrahl und Substrat können mechanisch
relativ zueinander bewegt werden. Beispielsweise kann das Substrat
mit einem Roboter unter dem Laserstrahl verfahren werden oder kann
das Substrat auf einem Verfahrtisch angeordnet sein, der das Substrat
geeignet verschiebt. Oder der Ort des Laserstrahls auf dem Substrat
kann optisch verfahren werden. Beispielsweise kann ein Spiegel oder
können
mehrere Spiegel, der bzw. die zur Abbildung auf den Randbereich
dient bzw. dienen, bewegt werden, beispielsweise mittels Piezo-Aktuatoren, oder
kann der Spiegel bzw. können
die Spiegel den Laserstrahl über
den abzutragenden Bereich scannen. Oder der Laserstrahl kann in
eine Glasfaser eingekoppelt und an das Substrat geführt werden,
wo die Glasfaser, und ggfs. eine zugehörige Fokussierungsoptik, und
das Substrat relativ zueinander bewegt werden. Selbstverständlich können mechanische
und optische System geeignet kombiniert werden, um den Laserstrahl
und das Substrat relativ zueinander zu bewegen.
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Zweckmäßig kann
der Laserstrahl geringfügig
hin- und herbewegt werden, während
der Laserstrahl den Randbereich abträgt. Somit kann die zur Abtragung
eingebrachte Laserleistung besser vergleichmässigt werden und kann auch
ein größerer Randbereich
ohne Änderung
der Fokussierung abgetragen werden. Zweckmäßig erfolgt die Hin- und Herbewegung
periodisch und im Wesentlichen senkrecht zum Rand des Substrats,
beispielsweise bei einem kreisrunden Substrats radial. Zum Hin-
und Herbewegen können
beispielsweise die vorgenannten mechanischen und/oder optischen
Systeme verwendet werden.
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Erfindungsgemäß kann der
Randbereich präziser
abgetragen werden. Somit kann der Randbereich auch im Wesentlichen
senkrecht- zur Substratoberfläche,
stufenförmig
abgetragen werden. Selbst wenn auf eine Metallschicht, z. B. Chrom-Schicht,
eines Maskenrohlings eine weitere Lackschicht, beispielsweise eine
Photolackschicht, aufgebracht ist, kann die darunter befindliche
Metallschicht erfindungsgemäß nach dem
Randabtrag zuverlässig
kontaktiert werden, beispielsweise zur Entladung während eines
Elektronenstrahlschreibens einer Photomaske.
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Bevorzugt
wird der von dem Laserstrahl abgetragene Randbereich optisch abgetastet,
um einen Parameter des Laserstrahls, insbesondere dessen Leistung
oder Pulsdauer, so anzupassen oder zu regeln, dass der Randbereich
im Wesentlichen vollständig
abgetragen wird. Die optische Abtastung kann während oder im Anschluss an
die Abtragung des Randbereichs erfolgen. In beiden Fällen können die
Parameter, welche die Qualität
der Abtragung beeinflussen, noch geeigneter eingestellt werden. Grundsätzlich kann
eine solche optische Abtastung jedoch auch an einem gesonderten
Testbereich, der im Wesentlichen identisch zu dem abzutragenden Randbereich
ausgebildet und beschichtet ist, an einem anderen Ort auf dem Substrat
oder außerhalb des
Substrats erfolgen. In diesem Falle wird eine Test-Abtragung zunächst an
dem Testfeld vorgenommen werden und wird die Abtragung des Randbereichs
erst dann vorgenommen, wenn die Qualität der Abtragung auf dem Testfeld
für ausreichend
befunden worden ist. Zur optischen Abtastung des Randbereichs bzw.
Testfelds kann ein reflektierter, gestreuter oder transmittierter
Teil eines auf den Randbereich bzw. das Testfeld einfallenden Lichtstrahls
verwendet werden, der beispielsweise von einer LED oder einer Laserdiode
erzeugt und geeignet abgebildet wird. Zur optischen Abtastung kann
auch eine mikroskopische Aufnahme oder eine makroskopische Aufnahme
des abgetragenen Randbereichs bzw. Testfelds herangezogen werden,
die beispielsweise in einen Computer eingelesen und von diesem automatisch
analysiert wird.
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Bevorzugt
wird ein Blendenmittel verwendet, das verhindert, dass der Laserstrahl
auf andere Bereiche des Substrats als den abzutragenden Randbereich
abgebildet wird. Wenn das Substrat beispielsweise kreisrund ist,
kann das Blendenmittel eine kreisrunde Scheibe im Lichtgang des
Laserstrahls sein, welche nicht abzutragende Bereiche der Schicht
abschattet. Zur Erzielung noch vorteilhafterer Randeigenschaften
des abzutragenden Randbereichs können
bei dieser Ausführungsform
zusätzlich auch
Beugungseffekte an dem Blendenmittel ausgenutzt werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird auch ein Verfahren zum Beschichten eines Substrats mit
einer Schicht, insbesondere mit einer Photolackschicht zur Verwendung
in einem mikrolithographischen Verfahren, bereitgestellt, bei welchem
Verfahren eine Schicht auf das Substrat aufgebracht und ein Randbereich
der aufgebrachten Schicht mit Hilfe eines Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung abgetragen wird. Zum Aufbringen der Schicht können beliebige
Beschichtungsverfahren verwendet werden, beispielsweise spin coating,
dip coating bzw. Tauchverfahren oder Aufsprühen. Mit Hilfe des Verfahrens
gemäß der vorliegenden
Erfindung kann der Randbereich noch geeigneter abgetragen werden. Erfindungsgemäß kann das
Substrat mit einer noch homogeneren und spannungsfreieren Schicht
beschichtet werden. Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird auch ein Substrat bereitgestellt, das mit einer Schicht
beschichtet ist, wobei ein Randbereich den Schicht mit Hilfe des
Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung abgetragen ist. Das Substrat ist bevorzugt mit einer Photolackschicht
zur Verwendung in einem mikrolithographischen Verfahren beschichtet.
Bevorzugt ist das Substrat ein Halbleitersubstrat bzw. Wafer. Ganz
besonders bevorzugt ist das Substrat ein Maskenrohling (mask blank)
zur Herstellung von Masken für
ein mikrolithographisches Herstellungs- und Belichtungsverfahren.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird auch eine Vorrichtung zum Entfernen eines Randbereichs
einer Schicht, die auf einem Substrat aufgebracht ist, bereitgestellt,
die Vorrichtung umfassend eine Laserlichtquelle, um einen Laserstrahl
abzustrahlen, und ein Abbildungsmittel, um den Laserstrahl auf den
Randbereich des Substrats abzubilden, wobei die Laserlichtquelle
ausgelegt ist, um den Randbereich mit dem Laserstrahl abzutragen,
und die Vorrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ausgelegt ist.
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Nachfolgend
werden bevorzugte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren
beschrieben werden, worin:
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1 in einem Querschnitt und
einer Draufsicht eine erste Ausführungsform
einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt;
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2 in einem Querschnitt und
einer Draufsicht eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt;
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3 in einem Querschnitt und
einer Draufsicht eine dritte Ausführungsform der Vorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt, um einen Randbereich bei einem im Wesentlichen
rechteckförmigen
Substrat abzutragen;
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4 in einer schematischen
Perspektivenansicht eine vierte Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt;
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5a das Ergebnis einer mechanischen Abtastung
eines Randbereichs eines Maskenrohlings darstellt, der gemäß der vorliegenden
Erfindung abgetragen worden ist; und
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5b und 5c das Ergebnis einer mechanischen Abtastung
eines Randbereichs eines Maskenrohlings darstellt, der durch Aufsprühen eines
Lösungsmittels
auf den Randbereich abgetragen worden ist.
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In
den Figuren bezeichnen identische Bezugszeichen identische oder
im Wesentlichen gleich wirkende Elemente oder Funktionsgruppen.
Beim Studium der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen
werden dem Fachmann weitere Merkmale, Modifikationen und Aufgaben
gemäß der vorliegenden
Erfindung ersichtlich werden.
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Die 1 zeigt in einem schematischen Querschnitt
und in einer Draufsicht eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung 1a gemäß der vorliegenden
Erfindung. Die Vorrichtung 1a umfasst eine Haltevorrichtung 5,
auf der ein Substrat 2 gehalten wird. Die Haltevorrichtung 5 kann
beispielsweise eine Vakuumspannvorrichtung (chuck) sein. Wie durch den
Pfeil angedeutet, kann die Haltevorrichtung 5 um eine Drehachse 6 gedreht
werden. Die Haltevorrichtung 5 kann zum Aufschleudern einer
Photolackschicht auf das Substrat 2 ausgelegt sein, also
für relativ
hohe Drehzahlen. Die Haltevorrichtung 5 kann auch als Halteelement
in einem Roboterarm oder in einer Fertigungsstraße in der Halbleiterfertigung
ausgebildet sein.
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Auf
das Substrat 2 ist eine Schicht 3 aufgebracht.
Der Randbereich 4 der Schicht 3 ist verdickt, wie
in der 1 schematisch
dargestellt. Unter dem Begriff "Randbereich", wie er in dieser
Patentanmeldung verwendet wird, seien grundsätzlich Bereiche auf der Substratoberfläche und/oder
auf der Stirnseite des Umfangsrands des Substrats 2 und/oder
auf der Rückseite
des Substrats 2 verstanden. Die Schicht 3 kann
aus einem Photolack, einem Schutzlack, einer dünnen Metallisierung oder aus
einer oder mehreren dielektrischen Schichten bestehen.
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Ein
Laserstrahl 7 wird mit Hilfe einer Linse 8, die
ein Beispiel für
ein Abbildungsmittel darstellt, auf den Randbereich 4 abgebildet.
Gleichzeitig wird der Laserstrahl 7 mit Hilfe der Linse 8 fokussiert.
Der Brennpunkt der Linse 8 liegt bevorzugt in dem Randbereich 4,
kann jedoch auch geringfügig
darüber
oder darunter liegen. Im Bereich des Fokus weist der Laserstrahl 7 im
wesentlichen eine Gausssche Strahltaille auf, deren Länge im wesentlichen
durch den Durchmesser des Laserstrahl 7 vor der Linse,
durch die Linse oder das Linsensystem 8 und die Eigenschaften
der Linse bzw. des Linsensystems 8 vorgegeben ist. Bevorzugt
wird die Strahltaille so eingestellt, dass der Fokus-Durchmesser
sich im Bereich der Schicht 3 minimal ändert.
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Im
unteren Teil der 1 befindet
sich der Fokus 7 radial einwärts zu dem schraffiert dargestellten
abzutragenden Randbereich 4. In der Nähe zum Umfangsrand des Substrats 2 und
zu dem Laserfokus 10 ist eine Absaugvorrichtung 9 angeordnet,
die abgetragene Schichtdämpfe
und Partikel absaugt, so dass nicht abzutragende Bereiche der Schicht 3 oder die
Optik einer den Randbereich aufnehmenden Kamera nicht weiter kontaminiert
werden. Gemäß der 1 ist die Absaugvorrichtung 9 oberhalb
des Substrats 2 angeordnet. Grundsätzlich kann die Absaugvorrichtung 9 auch
in anderer geeigneter Weise angeordnet sein, beispielsweise den
gesamten Randbereich des Substrats 2 umgreifend.
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Weil
gemäß der 1 der Laserstrahl 7 im wesentlichen
senkrecht auf die Substratoberfläche einfällt und
die Absaugvorrichtung 9 oberhalb des Substrats 2 angeordnet
ist, kann das Substrat 2 im wesentlichen ungehindert auf
dem Niveau des Substrats 2 gehandhabt werden.
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Grundsätzlich kann
statt der Absaugvorrichtung 9 auch eine Abblasvorrichtung 9' vorgesehen sein,
die abgetragene Schichtdämpfe
oder Partikel weg von dem Rand des Substrats bläst.
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Zum
Abtragen des Randbereichs 4 wird der Laserstrahl 7 radial
auswärts
bewegt (Pfeil r), bis der Fokus 10 in dem abzutragenden
Randbereich 4 liegt. Anschließend wird die Laserleistung
geeignet eingestellt, um in dem Bereich des Laserfokus 10 die Schicht 3 durch
Verdampfen abzutragen. Während der
Abtragung wird das Substrat 2 von der Haltevorrichtung 5 weiter
gedreht. Somit trägt
der Laserstrahl 7 einen im Wesentlichen ringförmigen Randbereich 4 gleichmäßig ab.
Zusätzlich
kann der Laserstrahl 7 auch rasch in radialer Richtung
hin- und herbewegt werden, um einen noch breiteren Randbereich abzutragen.
Zum periodischen Hin- und Herbewegen des Laserstrahls 7 kann
ein nicht dargestellter Spiegel periodisch verkippt werden, beispielsweise
mit Hilfe eines Piezo-Aktuators,
kann die Linse 8 bzw. eine Linse des Linsensystems 8 periodisch
verkippt werden oder kann eine den Laserstrahl 7 führende Glasfaser,
gegebenenfalls mit einer Abbildungsoptik, rasch hin und her bewegt
werden.
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Die 2 zeigt in einem Querschnitt
und in einer Draufsicht eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung 1b gemäß der vorliegenden
Erfindung. Gemäß der zweiten
Ausführungsform
wird der Laserstrahl 7 so auf den Randbereich 4 abgebildet,
dass der Laserstrahl 7 im Wesentlichen parallel zu einer von
der Substratoberfläche
aufgespannten Ebene einfällt
und der Laserstrahl tangential auf den Rand des Substrats 2 einfällt. Während der
Abtragung des Randbereichs 4 kann der Laserstrahl 7 rasch
radial hin und her bewegt werden (Pfeil r) und/oder rasch in der
z-Richtung hin- und herbewegt werden, um ein noch größeres Volumen
abzutragen.
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Die 3 zeigt in einem Querschnitt
und einer Draufsicht eine dritte Ausführungsform einer Vorrichtung 1c gemäß der vorliegenden
Erfindung. Gemäß der dritten
Ausführungsform
wird ein im Wesentlichen rechteckförmiges Substrat 2 bearbeitet.
Gemäß der dritten
Ausführungsform
werden der Laserstrahl 7 und das Substrat 2 relativ
zueinander so bewegt, dass der Laserstrahl 7 entlang dem
Umfangsrand des Substrats 2 verfährt. Insgesamt erfordert dies
eine relative Verfahrbarkeit von Laserstrahl 7 und Substrat 2 in
der x-Richtung und in der y-Richtung, was sich beispielsweise durch
einen XY-Verfahrtisch zum Halten des Substrats oder durch einen Roboterarm
zum Halten des Substrats 2 oder durch eine den Laserstrahl 7 führende Glasfaser
(nicht dargestellt) bewerkstelligen lässt, die verfahrbar gehalten
ist.
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Die 4 zeigt in einer schematischen
Perspektivansicht eine vierte Ausführungsform einer Vorrichtung 1d gemäß der vorliegenden
Erfindung. Die Vorrichtung 1d umfasst eine Blende 12,
die für den
Laserstrahl 7 nicht transparent ist und somit verhindert,
dass der Laserstrahl 7 auf andere Bereiche des Substrats 2 als
den abzutragenden Randbereich 4 abgebildet wird. Zweckmäßig ist
die Blende 12 unter einem geringen Abstand zur Substratoberfläche angeordnet.
Somit kann es nahe dem Rand der Blende 12 zu Beugungseffekten
kommen, was einen zusätzlichen
Freiheitsgrad darstellt, um das Volumen, wo der Randbereich 4 abgetragen
wird, noch geeigneter vorzugeben und zu entfernen.
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Die 5a zeigt das Ergebnis einer
mechanischen Abtastung eines Randbereichs eines Maskenrohlings,
der gemäß der vorliegenden
Erfindung abgetragen worden ist. Ein Maskenrohling aus einem Quarzglas
wurde mit einem unlöslichen
bzw. schwer löslichen
Elektronenstrahllack (Typ ZEP 7000; Hersteller Nippon Zeon) beschichtet
und bei einer Temperatur (Baketemperatur) von 200 °C ausgehärtet. Anschließend wurde
der aufgebrachte Elektronenstrahllack mit Hilfe eines Laserstrahls
wie vorstehend beschrieben abgetragen. Der Randbereich wurde dann
mit einem Tastmessgerät
(Typ: Dektak) abgetastet. In der 5a ist
die gemessene Schichtdicke in nm über die Richtung senkrecht
zum Randbereich als Länge
in Mikrometer aufgetragen. Wie der 5a entnommen
werden kann, fällt
die Schichtdicke in dem Randbereich von etwa 270 nm über eine
Länge von
200 Mikrometer auf Null ab. Die Kante der aufgebrachten Lackschicht
fällt stetig
ab, ohne dass es in dem Randbereich zu einer Schichtverdickung kommt.
Insgesamt fällt
die Schichtdicke somit gleichmäßig und
im Wesentlichen ohne Einbrüche
bzw. Unstetigkeiten des Randverlaufs ab. Die Stirnseite des abgetragenen
Randbereichs ist im Wesentlichen frei von der aufgebrachten Lackschicht,
so dass eine darunter befindliche Schicht auch seitlich kontaktiert werden
kann, beispielsweise zum Ableiten von elektrischen Ladungen.
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5b und 5c zeigen als Vergleich das Ergebnis
einer mechanischen Abtastung eines Randbereichs eines Maskenrohlings,
der herkömmlich durch
Aufsprühen
eines Lösungsmittels
auf den Randbereich abgetragen worden ist. Ein Maskenrohling aus
einem Quarzglas wurde mit einem löslichen Photolack (Typ IP3600)
beschichtet. Weil bei diesen Ausführungsbeispielen ein Photolack
verwendet wurde, ist die aufgebrachte Photolackschicht im Vergleich
zur 5a dicker. Anschließend wurde
der aufgebrachte Photolack durch Aufsprühen eines den Photolack lösenden Lösungsmittels
in dem Randbereich abgetragen. Der Randbereich wurde dann wie bei
dem ersten Ausführungsbeispiel
mit einem Tastmessgerät
(Typ: Dektak) abgetastet. In den 5b und 5c ist jeweils die gemessene
Schichtdicke in nm über
die Richtung senkrecht zum Randbereich als Länge in Mikrometer aufgetragen.
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Wie
der 5b entnommen werden
kann, fällt
die Schichtdicke in dem Randbereich von etwa 500 nm über eine
Länge von
etwa 150 Mikrometer stärker
ab, um anschließend über eine
Länge von etwa
400 Mikrometer auf Null abzufallen. Die Kante der aufgebrachten
Lackschicht fällt
jedoch nicht stetig ab. Vielmehr kommt es im Randbereich zunächst zu
einer beträchtlichen
Schichtverdickung, wo die Schichtdicke auf über 3000 nm ansteigt. Insgesamt fällt die
Schichtdicke somit nicht gleichmäßig ab sondern
weist der Randverlauf ein Maximum auf, dessen Höhe die Dicke der aufgebrachten
Lackschicht deutlich übertrifft.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
gemäß der 5b wurde die Düse zum selektiven
Aufsprühen des
Lösungsmittels
nur einmal verfahren, während bei
dem Ausführungsbeispiel
gemäß der 5c die Düse zum selektiven Aufsprühen des
Lösungsmittels zweimal
verfahren wurde. Wie der 5c entnommen
werden kann, fällt
die Schichtdicke in dem Randbereich von etwa 500 nm über eine
Länge von etwa
200 Mikrometer stärker
ab, um danach noch über
eine weiteren Bereich von ca. 300 Mikrometer auf Null abzufallen.
Die Kante der aufgebrachten Lackschicht fällt jedoch nicht stetig ab.
Vielmehr kommt es im Randbereich zunächst zu zwei Bereichen mit
einer beträchtlichen
Schichtverdickung, wo die Schichtdicke auf über 2000 nm bzw. 1600 nm ansteigt.
Insgesamt fällt
die Schichtdicke ebenfalls nicht gleichmäßig ab sondern weist der Randverlauf
zwei Maxima auf, deren Höhen
jeweils die Dicke der aufgebrachten Lackschicht deutlich übertreffen.
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Bei
den Ausführungsbeispielen
gemäß den 5b und 5c ist die Stirnseite des abgetragenen Randbereichs
nicht vollständig
frei von der aufgebrachten Lackschicht. Vielmehr fällt die
Dicke der Lackschicht in zwei Bereichen zunächst stark – abgesehen von den beobachteten
Schichtverdickungen – und
anschließend
allmählich
ab. Eine unter der Lackschicht befindliche Schicht kann somit nicht
oder nur eingeschränkt
von der Seite her kontaktiert werden, beispielsweise zum Ableiten
von elektrischen Ladungen.
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Wie
den Figuren entnommen werden kann, kann das Substrat 2 grundsätzlich eine
beliebig geformte Außenkontur
aufweisen. Bevorzugt werden jedoch kreisrunde oder rechteckförmige Außenkonturen.
Bei dem Substrat kann es sich um ein Halbleitersubstrat, beispielsweise
einen Wafer, um eine Glas- oder Quarzglasscheibe, beispielsweise
ein Substrat für
einen LCD-Display oder einen Maskenrohling (mask blank), oder um
ein beliebiges anderes Substrat zur Verwendung in der Herstellung
von mikroelektronischen Bauelementen mittels Lithografie handeln,
beispielsweise auch eine Maske, auf die ein abzutragender Photolack
aufgebracht ist. Die abzutragende Schicht kann eine Photolackschicht,
eine Schutzlackschicht, eine dünne
Metallisierung oder eine dünne
dielektrische Schicht oder ein System aus mehreren dünnen dielektrischen
Schichten sein. Die Parameter des Laserstrahls können in geeigneter Weise an
die Eigenschaften des Substrats und der abzutragenden Schicht angepasst
werden.
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Relevante
Parameter des Lasers sind insbesondere die Laserleistung, die mittlere
Pulsdauer von Laserimpulsen, deren Wiederholungsrate, die Laserwellenlänge und
der Durchmesser des Laserstrahls im Bereich des Fokus. Bevorzugt
werden gemäß der vorliegenden
Erfindung Laserleistungen im Bereich von etwa 50W bis etwa 100W
verwendet. Die Laserleistung kann bis zu etwa 200W betragen, im
Wesentlichen nur begrenzt durch die Zerstörschwelle des unter der abzutragenden
Schicht 3 befindlichen Substrats 2. Neben einer
Abtragung tragen zur Zerstörschwelle
des Substrats 2 auch die von dem Substrat 2 absorbierte
Wärmeleistung
und dadurch verursachte mechanische Spannungen bei.
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Als
Laserlichtquellen kommen beispielsweise CO2-Laser, Nd:YAG-Laser,
frequenzverdoppelte oder frequenz-verdreifachte Nd:YAG-Laser, Excimer-Laser,
Halbleiterdiodenlaser oder diodengepumpte Festkörperlaser in Betracht. Die
Laserwellenlänge
wird auf die Eigenschaften des abzutragenden Materials abgestimmt
und kann beispielsweise auf oder neben eine Absorptionsbande oder
Rotationsbande des abzutragenden Materials gesetzt werden.
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Als
weiterer Parameter, der die Qualität der Abtragung des Randbereichs
vorgeben kann, steht die Verfahrgeschwindigkeit zur Verfügung, mit
der Laserstrahl und Substrat relativ zueinander bewegt werden.
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Die
relevanten Parameter können
gemäß der vorliegenden
Erfindung anhand von Erfahrungswerten, beispielsweise in Tabellen,
vorgegeben werden oder während
der Abtragung ständig überwacht und
angepasst bzw. geregelt werden. Gemäß der letztgenannten Alternative
wird ein abgetragener Randbereich oder ein abgetragenes Testfeld,
das im Wesentlichen identisch zu dem abzutragenden Randbereich beschichtet
ist, optisch erfasst und ausgewertet. Ein Beispiel für ein Testfeld 13 ist
in der 3 dargestellt
und befindet sich in unmittelbarer Nähe zu dem abzutragenden Randbereich 4.
Selbstverständlich
kann sich das Testfeld 13 auch an einem anderen Ort, auch
außerhalb
des Substrats 2, befinden. Soll die Qualität der Abtragung
anhand des Randbereichs 4 beurteilt werden, so kann der
Randbereich in unmittelbarer Nähe
zu dem Laserfokus 10 oder kann ein dem Laserfokus 10 in
Verfahrrichtung nachgeordneter, bereits abgetragener Randbereich herangezogen
werden.
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Das
Testfeld bzw. der bereits abgetragene Randbereich kann in Reflexion,
Transmission oder anhand eines gestreuten Lichts optisch abgetastet und
beurteilt werden. Grundsätzlich
kann zur Bewertung der Qualität
der Abtragung auch ein abgetragener Randbereich oder ein abgetragenes
Testfeld mikroskopisch oder mit Hilfe einer makroskopischen Aufnahme
ausgewertet werden.
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Die
Auswertung erfolgt bevorzugt in einem Computer, wo die erfassten
Werte und/oder Aufnahmen ausgewertet und mit vorab gespeicherten
Referenzwerten verglichen werden. Im Falle einer unerwünschten
Abweichung werden dann einer oder mehrere der vorgenannten relevanten
Parameter solange angepasst oder geregelt, bis eine ausreichende
Qualität
der Abtragung in dem Randbereich bzw. Testfeld festgestellt wird.
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Mit
dem vorgenannten Verfahren kann der Randbereich in beliebigem Umfang
abgetragen werden, also beispielsweise auch bis zur halben Stärke oder
einer beliebigen anderen Stärke
der abzutragenden Schicht 3. Bevorzugt wird jedoch die
Schicht des Randbereichs 4 im Wesentlichen vollständig abgetragen.
Durch geeignete Wahl der relevanten Parameter kann der Randbereich
zusätzlich
auch geeignet geformt werden, beispielsweise geglättet oder gerundet
werden. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet
sich durch eine besonders schonende Abtragung des Randbereichs 4 aus,
ohne dass sich störende
Splitter oder Partikel auf anderen, nicht abzutragenden Bereichen
der Schicht 3 ablagern.
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Wenngleich
vorstehend beschrieben wurde, dass das erfindungsgemäße Verfahren
ohne weitere Verwendung von Lösungsmitteln
und/oder Ätzmitteln auskommt,
kann das Verfahren grundsätzlich
auch zusätzlich
Gebrauch von geeigneten Lösungsmitteln und/oder Ätzmitteln
machen, beispielsweise in nachgeordneten Prozessschritten. Aufgrund
der besonders schonenden Abtragung des erfindungsgemäßen Verfahrens
führen
jedoch solche nachgeordneten Prozessschritten zu weniger Fehlern
oder Inhomogenitäten
in der auf das Substrat aufgetragenen Schicht.