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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Belichtungsmaske, bei welcher
ein anorganischer Klebstoff als Haftmittel zum Verbinden eines Retikels,
eines Rahmens und eines Pellikels verwendet wird. Die Erfindung
betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines solchen anorganischen
Klebstoffs und ein Verfahren zum Herstellen einer Belichtungsmaske
mit Hilfe eines solchen anorganischen Klebstoffs.
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Zur
Realisierung hochintegrierter elektrischer Schaltungen mit geringen
Strukturdimensionen werden üblicherweise
lithographische Strukturierungsverfahren eingesetzt. Hierbei wird
eine strahlungsempfindliche Fotolackschicht auf die zu strukturierende
Oberfläche
einer Halbleiter-Substratscheibe aufgebracht und mit Hilfe von elektromagnetischer Strahlung
durch eine Belichtungsmaske belichtet. In der sogenannten Photolithographie
wird dabei ultraviolettes Licht eingesetzt. Bei dem Belichtungsvorgang
wird eine auf der Belichtungsmaske angeordnete lithographische Struktur
auf die Fotolackschicht abgebildet und mit Hilfe nachfolgender Ätzprozesse in
die Fotolackschicht und die darunter befindliche Halbleiterschicht übertragen.
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Bekannte
Belichtungsmasken bestehen aus einer als Retikel bezeichneten transparenten
Trägerplatte,
auf welcher die lithographische Struktur als strukturierte Chromschicht
angeordnet ist. Diese Struktur wird bei dem Belichtungsvorgang entweder in
einem Maßstab
von 1:1, oder wie bei der heutzutage gängigen verkleinernden Projektionsbelichtung,
in einem Verhältnis
von beispielsweise 5:1 mit Hilfe eines optischen Linsensystems verkleinert
auf die Fotolackschicht der Substratscheibe abgebildet. Die verkleinernde
Projektionsbelichtung ermöglicht
die Erzeugung sehr kleiner Strukturen.
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Um
Abbildungsfehler zu vermeiden, welche von auf der lithographischen
Struktur zufällig
abgelagerten Partikeln herrühren
können,
wird eine als Pellikel bezeichnete dünne transparente Membran eingesetzt,
welche mit Hilfe eines auf dem Retikel angeordneten Rahmens in einem
definierten Abstand zu der lithographischen Struktur aufgespannt
wird, so dass eine Versiegelung der lithographischen Struktur erzielt
wird. Durch den verkapselten Aufbau der Belichtungsmaske wird gewährleistet,
dass sich einzelne Partikel aus der Umgebung der Belichtungsmaske nicht
unmittelbar auf der lithographischen Struktur im optischen Fokus
ablagern und dann den Belichtungsvorgang stören könnten.
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Das
Auflösungsvermögen eines
Belichtungsverfahrens und damit die erreichbare Größe der Halbleiterstrukturen
wird durch die Wellenlänge
der eingesetzten Strahlung begrenzt. Im Zuge einer stetigen in der
Halbleiterindustrie geforderten Miniaturisierung dieser Strukturen
werden auch immer kleinere Belichtungswellenlängen eingesetzt. Aufgrund einer
wellenlängenabhängigen Lichtdurchlässigkeit der
Komponenten der Belichtungsmaske werden folglich für kleinere
Belichtungswellenlängen
auch neue Materialien verwendet.
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Das
Retikel besteht für
eine Belichtungswelle von 436 nm aus Normalglas und für Wellenlängen von
365 nm, 248 nm und 193 nm sowie für die zukünftig eingesetzte Wellenlänge von
157 nm aus Quarzglas.
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Das
Pellikel ist für
Wellenlängen
von 436 nm und 365 nm eine Zellulosenitratfolie und für Wellenlängen von
248 nm und 193 nm eine Fluorpolymerfolie. Diese aus organischen
Materialien bestehenden Pellikel werden auch als „soft pellicle" bezeichnet. Da eine
Fluorpolymerfolie bei einer Belichtungswellenlänge von 193 nm jedoch photochemische
Alterungsvorgänge
zeigt, ist es günstiger,
als Pellikel bei dieser Wellenlänge
und insbesondere bei der noch energiereicheren Wellenlänge von
157 nm eine Quarzglasfolie einzusetzen. Ein derartiges Pellikel
wird auch „hard
pellicle" genannt.
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Der
Rahmen zum Verbinden von Retikel und Pellikel besteht bei den bisher
eingesetzten Belichtungswellenlängen
von 436 nm bis 193 nm aus anodisiertem und eingefärbtem Aluminium.
Für die
zukünftige
Belichtungswellenlänge
von 157 nm ist es jedoch günstiger,
den Rahmen ebenfalls aus Quarzglas auszubilden, um Abbildungsfehler
bzw. eine Beschädigung
des Pellikels aufgrund einer Durchbiegung bei einer geringen Temperaturänderung
wegen der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten
von Quarzglas und Aluminium zu vermeiden.
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Als
Haftmittel zum Verbinden des Retikels, des Rahmens und des Pellikels
werden bei Belichtungsmasken für
die bisher eingesetzten Belichtungswellenlängen von 436 nm bis 193 nm
organische Klebstoffe, vorwiegend Acrylate verwendet. Bei diesen
organischen Verbindungen besteht jedoch das Problem, dass sie zu
Ausgasungen neigen und sich dadurch trotz der mit Hilfe des Rahmens
und des Pellikels erzielten Versiegelung an der lithographischen
Struktur auf dem Retikel Partikel anlagern können. Es ist beispielsweise
vorstellbar, dass bei höheren
Temperaturen organische Moleküle
aus dem Klebstoff ausgasen, sich an thermodynamisch begünstigten
Stellen auf der lithographischen Struktur anlagern und infolgedessen
Kristalle wachsen. Möglich
ist es u. a. auch, dass Bestandteile der Luft mit Ausgasungen des
Klebstoffs Kristalle auf der lithographischen Struktur bilden.
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Nachteilig
ist zudem, dass diese strahlungsbedingten chemischen Reaktionen
umso mehr zunehmen, je kleiner die verwendete Belichtungswellenlänge ist,
da die Strahlungsenergie bei einer Verkleinerung der Wellenlänge zunimmt.
Parallel dazu werden die Maskenstrukturen im Zuge der Miniaturisierung
der Halbleiterstrukturen jedoch immer kleiner und dadurch immer
störanfälliger für Ablagerungen auf
der lithographischen Struktur.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine aus einem
Retikel, einem Rahmen und einem Pellikel aufgebaute Belichtungsmaske
bereitzustellen, deren Komponenten mit einem Haftmittel verbunden
sind, welches keine bzw. eine deutlich geringere Neigung zu Ausgasungen
aufweist.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1, 4,
7 und 10 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen
sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Erfindungsgemäß wird eine
Belichtungsmaske mit einem eine lithographische Struktur aufweisenden
Retikel, einem Rahmen und einem durch den Rahmen in einem definierten
Abstand zu der lithographischen Struktur angeordneten Pellikel vorgeschlagen,
bei welcher als Haftmittel zum Verbinden von Retikel, Rahmen und
Pellikel ein anorganischer Klebstoff eingesetzt wird. Ein derartiger
Klebstoff weist aus chemischen Gründen keine bzw. eine deutlich geringere
Neigung zu Ausgasungen auf als ein organischer Klebstoff, so dass
die Gefahr von auf der lithographischen Struktur angelagerten Partikeln
weitgehend ausgeschlossen ist.
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Vorzugsweise
bestehen das Retikel, der Rahmen und das Pellikel der Belichtungsmaske
aus Quarzglas und sind mit einem anorganischen Klebstoff vom Wasserglas-Typ
verbunden, welcher wenigstens die Elemente Silizium, Sauerstoff
und ein Alkalimetall enthält.
Eine derartige vollständig
aus anorganischen Quarzglas-Komponenten aufgebaute Belichtungsmaske
ist, wie oben erläutert,
insbesondere für
eine Belichtungswellenlänge
von 157 nm geeignet. Da alle Komponenten aus dem gleichen Material
bestehen, ergeben sich keine durch unterschiedliche Temperaturausdehnungen
hervorgerufene Probleme. Der eingesetzte Klebstoff vom Wasserglas-Typ
erzielt auf den Quarzglas-Komponenten gute Haftfestigkeiten und
lässt sich
einfach und kostengünstig
herstellen. Darüber
hinaus sind Ausgasungen bei einem derartigen Klebstoff aus chemischen
Gründen
völlig
ausgeschlossen.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Belichtungsmaske wird als Haftmittel eine Kalium-Silikatlösung eingesetzt.
Ein derartiges Haftmittel neigt, im Gegensatz zu beispielsweise
einer Natrium-Silikatlösung,
nicht zu Ausblühungen.
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Erfindungsgemäß wird weiter
die Verwendung eines anorganischen Klebstoffs als Haftmittel zum
Verbinden eines Retikels, eines Rahmens und eines Pellikels einer
Belichtungsmaske vorgeschlagen, wobei das Retikel eine lithographische
Struktur aufweist und das Pellikel durch den Rahmen in einem definierten
Abstand zu der lithographischen Struktur angeordnet ist. Entsprechend
wird durch die Verwendung eins derartigen Haftmittels, welches keine
bzw. eine deutlich geringere Neigung zu Ausgasungen aufweist als
ein organischer Klebstoff, die Gefahr von auf der lithographischen
Struktur angelagerten Partikeln weitgehend ausgeschlossen.
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Weiterhin
wird ein erfindungsgemäßes Verfahren
zum Herstellen eines anorganischen Klebstoffs vorgeschlagen, welcher
als Haftmittel zum Verbinden eines Retikels, eines Rahmens und eines
Pellikels einer Belichtungsmaske geeignet ist. Dabei wird in einem
ersten Verfahrensschritt eine anorganische Klebstofflösung bereitgestellt
und diese Lösung in
einem zweiten Verfahrensschritt mit einer ersten Filtereinrichtung
filtriert, um organische Spuren, welche Ausgasungen hervorrufen
können,
zu entfernen. Anschließend
wird in einem dritten Verfahrensschritt die Lösung mit einer zweiten Filtereinrichtung
filtriert, um Partikel zu entfernen. Mit Hilfe dieses Verfahrens, welches
insbesondere auch mit handelsüblichen Klebstofflösungen durchgeführt werden
kann, lässt sich
ein ausgasungsfreier anorganischer Klebstoff einfach und mit geringem
Aufwand herstellen.
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In
der für
die Praxis bevorzugten Ausführungsform
erfolgt das Filtrieren der Lösung
mit einer ersten Filtereinrichtung durch Schütteln der Lösung mit Aktivkohle, wodurch
sich orga nische Bestandteile der Lösung sehr zuverlässig entfernen
lassen.
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Ferner
wird ein erfindungsgemäßes Verfahren
zum Herstellen einer Belichtungsmaske mit einem Retikel, welches
eine lithographische Struktur aufweist, einem Rahmen und einem durch
den Rahmen in einem definierten Abstand zu der lithographischen
Struktur angeordneten Pellikel vorgeschlagen, wobei das Retikel,
der Rahmen und das Pellikel durch einen anorganischen Klebstoff
verbunden sind. Hierbei wird in einem ersten Verfahrensschritt der
anorganische Klebstoff auf eine erste Seite des Rahmens und/oder
auf eine dem Rahmen zugewandte Seite des Pellikels aufgetragen und
in einem zweiten Verfahrensschritt die entsprechenden zu klebenden
Seiten des Rahmens und des Pellikels aneinandergefügt. Anschließend wird
in einem dritten Verfahrensschritt der anorganische Klebstoff auf
eine zweite Seite des Rahmens und/oder auf eine mit der lithographischen
Struktur versehene Seite des Retikels aufgetragen, in einem vierten
Verfahrensschritt die entsprechenden zu klebenden Seiten des Rahmens
und des Retikels aneinandergefügt
und danach in einem fünften
Verfahrensschritt der anorganische Klebstoff getrocknet. Mit Hilfe
dieses Verfahren lässt
sich eine Belichtungsmaske ohne bzw. mit deutlich geringerer Neigung
zu Ausgasungen herstellen.
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Vorzugsweise
erfolgt nach dem zweiten Verfahrensschritt ein zusätzliches
Trocknen des Klebstoffs, um die bei einem Trocknungsprozess austretenden
Bestandteile, welche auch in den durch Retikel, Rahmen und Pellikel
umschlossenen Bereich austreten können, zu minimieren.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Schnittdarstellung einer
erfindungsgemäßen Belichtungsmaske
von der Seite,
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2 ein Ablaufdiagramm eines
erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Herstellen eines anorganischen Kleb stoffs,
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3 ein Ablaufdiagramm einer
ersten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum
Herstellen der in 1 dargestellten
Belichtungsmaske, und
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4 ein Ablaufdiagramm einer
zweiten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Herstellen der in 1 dargestellten
Belichtungsmaske.
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1 zeigt eine schematische
Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Belichtungsmaske 1 von
der Seite. Die Belichtungsmaske 1 weist eine als Retikel 2 bezeichnete
transparente Trägerplatte
auf, auf deren Unterseite eine lithographische Struktur 3 aufgebracht
ist. Die lithographische Struktur 3 besteht aus einer Chromschicht,
welche beispielsweise mit Hilfe von Plasma-Ätzprozessen strukturiert wurde.
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Die
Belichtungsmaske 1 weist weiter eine als Pellikel 4 bezeichnete
dünne transparente
Membran und einen Rahmen 5 auf, wobei das Pellikel 4 mit
Hilfe des Rahmens 5 in einem definierten Abstand zu der
lithographischen Struktur 3 aufgespannt ist. Durch diesen
dreiteiligen Aufbau der Belichtungsmaske 1 wird eine Versiegelung
der lithographischen Struktur 3 erzielt, so dass Abbildungsfehler,
welche von auf der lithographischen Struktur 3 zufällig abgelagerten
Partikeln aus der Umgebung herrühren
können,
vermieden werden.
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Bei
einem Belichtungsvorgang, bei welchem elektromagnetische Strahlung
von oben durch das transparente Retikel 2 und das transparente
Pellikel 4 hindurchgestrahlt werden, wird die lithographische Struktur 3 auf
eine auf einer Substratscheibe aufgebrachte Fotolackschicht unterhalb
der Belichtungsmaske 1 abgebildet. Die lithographische
Struktur 3 kann hierbei entweder in einem Maßstab von
1:1, oder wie bei der verkleinernden Projektionsbelichtung in einem
Verhältnis
von beispielsweise 5:1 mit Hilfe eines reduzierenden optischen Linsensystems verkleinert
auf die Fotolackschicht abgebildet werden.
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Über nachfolgende Ätzprozesse
wird diese Struktur anschließend
in die Fotolackschicht und die darunter befindliche Halbleiterschicht übertragen.
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Das
Retikel 2, der Rahmen 5 und das Pellikel 4 bestehen
jeweils aus Quarzglas, so dass die aus diesen Komponenten aufgebaute
Belichtungsmaske 1 für
eine Belichtungswellenlänge
von 193 nm und insbesondere für
die zukünftig
eingesetzte Belichtungswellenlänge
von 157 nm geeignet ist. Darüber hinaus
ergeben sich keine durch unterschiedliche Temperaturausdehnungen
hervorgerufene Probleme wie etwa eine Beschädigung des Pellikels 4,
da alle Komponenten aus dem gleichen Material bestehen.
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Als
Haftmittel zum Verbinden von Retikel 2, Rahmen 5 und
Pellikel 4 wird ein anorganischer Klebstoff 6 verwendet.
Ein derartiger Klebstoff weist aus chemischen Gründen keine bzw. eine deutlich
geringere Neigung zu Ausgasungen auf als ein bei herkömmlichen
Belichtungsmasken verwendeter organischer Klebstoff, so dass die
Gefahr von auf der lithographischen Struktur 3 angelagerten
Partikeln, welche Abbildungsfehler bei einem Belichtungsvorgang hervorgerufen
können,
weitgehend ausgeschlossen ist.
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Der
anorganische Klebstoff 6 ist vorzugsweise ein Klebstoff
vom Wasserglas-Typ, welcher wenigstens die Elemente Silizium, Sauerstoff
und ein Alkalimetall enthält.
Ein derartiger Klebstoff zeichnet sich durch eine gute Haftfestigkeit
auf den Quarzglas-Komponenten der Belichtungsmaske 1 aus
und lässt
sich einfach und kostengünstig
herstellen. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung einer Kalium-Silikatlösung, welche
im Gegensatz zu beispielsweise Natrium-Silikatlösung nicht zu Ausblühungen neigt.
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2 zeigt ein Ablaufdiagramm
eines erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Herstellen eines anorganischen Klebstoffs, welcher zur Verwendung
als Haftmittel bei der in 1 darge stellten
Belichtungsmaske 1 geeignet ist. Hierbei wird in einem
ersten Verfahrensschritt 11 eine anorganische Klebstofflösung bereitgestellt.
Anschließend
wird diese Lösung in
einem zweiten Verfahrensschritt 12 mit einer ersten Filtereinrichtung
filtriert, um organische Spuren, welche Ausgasungen hervorrufen
können,
zu entfernen. Das Entfernen von organischen Bestandteilen der Lösung kann
hierbei sehr zuverlässig
durch Schütteln
der Lösung
mit Aktivkohle durchgeführt werden.
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Im
Anschluss daran wird die anorganische Klebstofflösung in einem dritten Verfahrensschritt 13 mit
einer zweiten Filtereinrichtung filtriert, um gröbere Partikel aus der Lösung zu
entfernen und somit eine homogene Klebstofflösung zu erhalten. Mittels einer solchen
Klebstofflösung
lassen sich homogene, verklumpungsfreie Klebeverbindungen erzielen.
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Um
eine möglichst
homogene Klebstofflösung
zu erhalten, wird dieser dritte Verfahrensschritt 13 vorzugsweise
in zwei Teilschritten durchgeführt.
In einem ersten Teilschritt wird die Lösung zunächst von groben Partikeln durch
Filtrieren der Lösung über einen
Filter mit einer Porenweite von 5 μm befreit, und anschließend von
feineren Partikeln durch Filtrieren der Lösung unter Reinraumbedingungen über einen Filter
mit einer Porenweite von 0,1 μm.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm
einer ersten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Herstellen der in 1 dargestellten
Belichtungsmaske 1. Hierbei wird in einem ersten Verfahrensschritt 21 der
anorganische Klebstoff mit Hilfe einer Walze auf eine erste Seite
des Rahmens aufgetragen. Eine wichtige Voraussetzung ist, dass die
Flächen,
auf welche der anorganische Klebstoff aufgebracht wird, sauber sind
und zuvor gegebenenfalls entfettet bzw. gereinigt wurden, um eine
gute Haftfestigkeit des Klebstoffs zu erreichen.
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Die
eingesetzte Walze besteht vorzugsweise aus vernetztem Polyvinylalkohol,
wodurch sich der Klebstoff gut als dünne Schicht auf eine Oberfläche auftragen
lässt.
Danach werden in einem zweiten Verfahrensschritt 22 die
entsprechenden zu klebenden Seiten des Rahmens und des Pellikels
aneinandergefügt.
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In
einem dritten Verfahrensschritt 23 wird der anorganische
Klebstoff auf eine zweite Seite des Rahmens aufgetragen und anschließend in
einem vierten Verfahrensschritt 24 die entsprechenden zu klebenden
Seiten des Rahmens und des Retikels aneinandergefügt.
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Nach
einem darauf folgenden fünften
Verfahrensschritt 25, in welchem der anorganische Klebstoff
getrocknet wird, sind Retikel, Rahmen und Pellikel fest miteinander
verbunden, so dass die Belichtungsmaske für Belichtungsvorgänge eingesetzt
werden kann. Sofern als anorganischer Klebstoff eine Kalium-Silikatlösung verwendet
wird, erfolgt das Trocknen des Klebstoffs vorzugsweise bei einer
Temperatur von 23°C
und einer Luftfeuchtigkeit von 38%. Unter diesen Bedingungen beträgt der Trocknungsvorgang
des Klebstoffs etwa 24 Stunden.
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Alternativ
kann auch eine zweite Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum
Herstellen der in 1 dargestellten
Belichtungsmaske durchgeführt
werden, dessen Ablaufdiagramm in 4 dargestellt
ist. Hierbei wird in einem ersten Verfahrensschritt 31 der
anorganische Klebstoff mit einer Dosierkanüle auf eine erste Seite des Rahmens
aufgetragen und anschließend
in einem zweiten Verfahrensschritt 32 die entsprechenden
zu klebenden Flächen
des Rahmens und des Pellikels aneinandergefügt. Im Gegensatz zu einer Walze lässt sich
der anorganische Klebstoff mit einer Dosierkanüle präziser auf eine Oberfläche auftragen.
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Im
Anschluss daran wird in einem dritten Verfahrensschritt 33 der
anorganische Klebstoff getrocknet, bevor in einem vierten Verfahrensschritt 34 der Klebstoff
mit der Dosierkanüle
auf eine zweite Seite des Rahmens aufgetragen wird, die entsprechenden zu
klebenden Seiten des Rahmens und des Retikels in einem fünften Verfahrensschritt 35 aneinandergefügt werden
und der Klebstoff in einem sechsten Verfahrensschritt 36 wiederum
getrocknet wird.
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Das
zusätzliche
Trocknen des Klebstoffs in dem dritten Verfahrensschritt 33 hat
gegenüber
dem in 3 dargestellten
Verfahren den Vorteil, dass bei einem Trocknungsprozess austretende
Bestandteile, welche auch in den durch Retikel, Rahmen und Pellikel
umschlossenen Bereich austreten können, minimiert werden.
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Anstelle
der bisher beschriebenen Ausführungsformen
eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum
Herstellen einer Belichtungsmaske sind weitere Ausführungsformen
vorstellbar, die Kombinationen der in 3 und 4 dargestellten Verfahren
darstellen. Beispielsweise könnte
bei dem in 4 gezeigten
Verfahren das Auftragen des anorganischen Klebstoffs anstelle der
Dosierkanüle
auch mit einer Walze erfolgen. Wahlweise sind auch Ausführungsformen
denkbar, bei denen zuerst Rahmen und Retikel und im Anschluss daran
Rahmen und Pellikel oder bei denen alle drei Komponenten gleichzeitig aneinandergefügt werden.
Zudem kann der anorganische Klebstoff zusätzlich bzw. ausschließlich auf die
zu klebenden Flächen
von Retikel bzw. Pellikel aufgetragen werden.
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- 1
- Belichtungsmaske
- 2
- Retikel
- 3
- Lithographische
Struktur
- 4
- Pellikel
- 5
- Rahmen
- 6
- Haftmittel/Anorganischer
Klebstoff
- 11,12,13
- Verfahrensschritte
- 21,22,23
- Verfahrensschritte
- 24,25
- Verfahrensschritte
- 31,32,33
- Verfahrensschritte
- 34,35,36
- Verfahrensschritte