DE3787440T2

DE3787440T2 - Verfahren und Vorrichtung um eine Linie auf einem strukturierten Substrat zu schreiben.

Info

Publication number: DE3787440T2
Application number: DE87117109T
Authority: DE
Inventors: Yukio C O Nec Corpor Morishige; Fumihiko C O Nec Corpor Uesugi
Original assignee: NEC Corp; Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1986-11-20
Filing date: 1987-11-19
Publication date: 1994-01-13
Anticipated expiration: 2007-11-20
Also published as: EP0268301A2; US4873413A; DE3787440D1; EP0268301B1; EP0268301A3

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schreiben einer Linie auf einem strukturierten Substrat und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schreiben einer Linie auf einem strukturierten Substrat, bei welchem bzw. welcher ein dünner Film auf einem Substrat aufgebracht wird, dessen Oberfläche mit verschiedenen Materialien strukturiert ist.

STAND DER TECHNIK

Eine herkömmliche Vorrichtung zum Schreiben einer Linie auf einem strukturierten Substrat umfaßt eine Laserlichtquelle zum Emittieren eines Laserstrahls, eine CVD-Zelle (CVD = CVD- Beschichtungstechnik) mit einem Fenster, durch welches der Laserstrahl durchgelassen wird, eine Zuführeinrichtung, über welche der Dampf eines gasförmigen CVD-Ausgangsmaterials eingeleitet wird, und eine Auslaßeinrichtung, an welche eine Einrichtung zum Behandeln der Abgase angeschlossen ist, sowie ferner eine X-Y-Plattform, auf welcher die CVD-Zelle positioniert wird.
Im Betrieb wird ein Substrat mit einer mit verschiedenen Materialien strukturierten Oberfläche positioniert, woraufhin das gasförmige CVD-Ausgangsmaterial durch die Zuführeinrichtung in die CVD-Zelle eingeleitet wird. Gleichzeitig wird die Laserlichtquelle so angesteuert, daß sie den Laserstrahl, der so fokussiert ist, daß er durch das Fenster der CVD-Zelle hindurchgeht und somit darin das Substrat mit dem Laserstrahl bestrahlt wird. In der CVD-Zelle wird das gasförmige CVD-Material infolge einer Reaktion an der Schnittstelle zwischen Gas und Substrat thermisch so zersetzt, daß entsprechend der Übersteichung des Substrats mit dem Laserstrahl ein vorgegebenes Linienmuster mit dem zersetzten Gas auf dem Substrat aufgebracht wird.
Dieser Vorgang ist beispielsweise auf den Seiten 957 bis 959 in "Appl. Phys. Lett. 39(12), 15. Dezember 1981" und auf den Seiten 32 bis 35 in "IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS, Band EDL-5, Nr. 2, Februar 1984" beschrieben.
In der erstgenannten Veröffentlichung wird eine Si-Scheibe, von der ein thermisch oxidierter SiO&sub2;-Film teilweise entfernt wurde, in eine SiH&sub4;-Gasatmosphäre gebracht; während ein Ar-Ionenlaserstrahl die Si-Scheibe überseicht, damit sich diese auf einen vorgegebenen Temperaturwert erwärmt. Infolgedessen zersetzt sich das SiH&sub4;-Gas thermisch und damit kann auf der Si- Scheibe direkt mit Si geschrieben werden.
Im zweitgenannten Fall wird ein CMOS-Chip mit einem Ar- Ionenlaserstrahl bestrahlt, damit sich eine bordotierte Poly-Si- Schicht darauf bildet, so daß sich zwischen der bordotierten Polysiliziumschicht und einer Al-Verdrahtung ein Kontakt herstellen läßt und dabei Verdrahtungsfehler im CMOS-Chip korrigiert werden können.
Bei der herkömmlichen Vorrichtung zum Schreiben einer Linie auf einem strukturierten Substrat sind allerdings die im folgenden angesprochenen Nachteile aufgetreten.
Zunächst läßt sich nur mit Schwierigkeiten eine klar definierte Linie auf einem Substrat mit einer zu erwartenden Arbeitsgeschwindigkeit bilden. Aus diesem Grund ist ein Laserstrahlungsmuster in Form eines runden Strahls mit einer Gaußschen Intensitätsverteilung vorgesehen, und damit muß die Überstreichgeschwindigkeit sehr hoch sein, um vor dem Auftreten der thermischen Ausbreitung die Strahlposition auf dem Substrat zu verschieben, damit sich darauf eine Linie von geringer Stärke bildet infolge der Laserstrahlüberstreichung mit hoher Geschwindigkeit läßt sich eine hohe Strichstärke bei niedrigem Verdrahtungswiderstand nicht herbeiführen.
Zum anderen bildet sich auf dem Substrat leicht eine unerwünschte dünnere Linie, wenn die Überstreichgeschwindigkeit eines Laserstrahls erhöht wird, ohne die Leistung des Laserstrahls zu verändern. Wenn die Überstreichgeschwindigkeit eines Laserstrahls gleichzeitig mit der Erhöhung der Strahlungsleistung des Laserstrahls gesteigert wird, so wird, um das Auftreten dieser Erscheinung zu vermeiden, der Mittelbereich einer Linie infolge zu starker Wärmeenergie beschädigt, während sich ein Strich in Querrichtung ausbreitet und damit seine Stärke größer ist als eine vorgegebene Strichstärke, da ein Bereich, in dem sich ein gasförmiges Ausgangsmaterial thermisch zersetzt, sich in Querrichtung vergrößert. Damit die Übersteichgeschwindigkeit eines Laserstrahls erhöht werden kann, ist weiterhin vorgesehen, daß auch die zugeführte Menge des gasförmigen Ausgangsmaterials erhöht werden muß. In einem solchen Fall leidet darunter die Filmgüte einer Linie, was zu einer Erhöhung von deren spezifischem elektrischen Widerstand führt. Aus diesen Gründen ist es nicht einfach, mit hoher Geschwindigkeit auf ein Substrat eine Linie zu schreiben, ohne daß darunter die Merkmale wie Filmgüte, Filmdicke und Filmbreite leiden.
Zum dritten ergibt sich eine Unterbrechung einer Linie bzw. dünneren Linie, wenn diese auf einem Stufenabschnitt im Substrats geschrieben wird, und zwar in den Fällen, in denen ein Mindestschrittabstand in der Bewegung eines Überstreichschritts nahezu gleich der Fleckgröße eines Laserstrahls ist, so daß ein Bereich, in dem sich die Laserstrahlen entsprechend der Bewegung der Plattform überlappen, klein ist. Um diesem Nachteil zu begegnen, muß eine Plattform, die einen feinen Mindestschrittabstand im Submikronbereich aufweist, was viel kleiner als die Fleckgröße eines Laserstrahls ist, vorgesehen werden. Tatsächlich ist es allerdings unpraktisch, mit einer solchen Plattform zu arbeiten, da diese sehr teuer wird, und das Umfeld, in dem eine Vorrichtung zum Schreiben einer Linie auf einem Substrat, einschließlich der Plattform, installiert wird, der Wartung bedarf, um deren korrekten Betrieb aufrechtzuerhalten.
Viertens läßt sich ein Kontakt, über den eine Si-Leitung mit einer Al-Verdrahtung verbunden ist, nur mit Schwierigkeiten bilden, da die thermische Leitfähigkeit von Aluminium um ein Ganzzahliges größer ist als bei Isolierschichten z. B. mit SiO&sub2;, SiN, usw. Auch wenn die Al-Verdrahtung mit dem Ar-Ionenlaserstrahl bestrahit wird, wird insbesondere die Al-Verdrahtung nicht auf einen vorgegebenen Temperaturwert erwärmt, bei dem sich Si mit einer CVD-Technik bearbeiten läßt, so daß sich eine qualtativ hochwertige Si-Abscheidung nicht erzielen läßt.
Schließlich läßt sich ein dem vorstehend erläuterten vierten Nachteil ähnlicher Nachteil an einer Kontaktstelle einer Si- Leitung zum Anschluß einer Al-Verdrahtung auf der Oberseite und Unterseite einer Isolierschicht bzw. Passivierungsschicht über eine darin ausgebildete Durchführung beobachten, was bei der Bildung einer Verdrahtung bei einem mehrschichtigen LSI- Element unerläßlich ist. Bei einem solchen Einsatz läßt sich insofern ein weiterer Nachteil beobachten, als sich die eingelassene Anordnung von Si in der Durchführung nur mit Schwierigkeiten herbeiführen läßt, und zwar infolge der unzureichenden Abdeckung der auf der Seitenwandung der Durchführung geschriebenen Si-Linien, da es schwierig ist, die Seitenwandung der Durchführung mit einem Laserstrahl direkt auf einen vorgegebenen Temperaturwert zu erwärmen.
Diese Nachteile, daß sich eine gleichmäßige Strichstärke einer direkt geschriebenen Linie auf einem Substrat mit unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit mit Hilfe einer Laser-CVD-Technik nur mit Schwierigkeiten erzielen läßt, daß es schwer ist, einen qualitativ guten Kontakt mit der Al-Verdrahtung herbeizuführen, und daß sich ein Material nicht einfach in einer Durchführung mit vorgegebenen Merkmalen einlassen läßt, so daß ein qualitativ guter Kontakt mit der Al-Verdrahtung am Boden der Durchführung nur mit Schwierigkeiten gebildet werden kann, treten nicht nur in der vorgenannten Weise bei Si auf, sondern auch in den Fällen, in denen eine chemische Abscheidung von Mo und W aus der Gasphase jeweils aus Mo(CO)&sub6;, W(CO)&sub6; bzw. WF&sub6; durchgeführt wird.

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schreiben einer Linie auf einem strukturierten Substrat zu schaffen, bei dem bzw. der eine gut definierte dicke Linie direkt auf dem strukturierten Substrat mit hoher Geschwindigkeit geschrieben wird.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Schreiben einer Linie auf einem strukturierten Substrat, bei dem bzw. der eine Linie in vorgegebener Strichstärke direkt auf einem strukturierten Substrat geschrieben wird.
Des weiteren soll erfindungsgemäß ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schreiben einer Linie auf einem strukturierten Substrat geschaffen werden, bei dem bzw. der eine Unterbrechung einer geschriebenen Linie bzw. eines dünneren Strichs auch dann vermieden wird, wenn ein Mindestschrittabstand einer Überstreichplattform nahezu gleich der Fleckgröße eines Laserstrahls ist.
Außerdem dient die Erfindung dem Zweck, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schreiben einer Linie auf einem strukturierten Substrat vorzuschlagen, bei dem bzw. der ein stabiler Kontakt, über den eine Linie aus einem ausgewählten Material mit einer Al-Verdrahtung verbunden ist, auch dann noch herbeigeführt wird, wenn die Wärmeleitfähigkeit des Aluminiums viel höher als bei dem ausgewählten Material ist.
Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schreiben einer Linie auf einem strukturierten Substrat zu schaffen, bei dem bzw. der ein qualitativ guter Kontakt zwischen den Al-Verdrahtungen auf der Ober- und Unterseite des Substrats erzielt wird.
Gemaß dein unabhängigen Verfahrensanspruch 1 der Erfindung ist ein Verfahren zum Schreiben einer Linie auf einem strukturierten Substrat vorgesehen, welches die folgenden Schritte aufweist:
Aufbringen eines Laserstrahls auf ein Substrat, das in einer Atmosphäre aus gasförmigem CVD-Ausgangsmaterial positioniert ist, wobei auf dem Substrat eine Vielzahl strukturierter Filme ausgebildet ist, und
Abtasten des Substrats mit dem Laserstrahl zur Bildung einer Dünnschicht-Linie auf mindestens zwei aus der Vielzahl strukturierter Filme in einer vorgegebenen Abtastrichtung,
wobei die Intensität und/oder die Abtastgeschwindigkeit des Laserstrahls in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der jewelligen Wärmeleitfähigkeit der mindestens zwei aus der Vielzahl strukturierter Filme gesteuert werden.
In den darauf rückbezogenen Verfahrensansprüchen 2 bis 4 und in den unabhängigen Vorrichtungsansprüchen 5 bis 8 sowie im rückbezogenen Anspruch 9 werden bevorzugte Ausführungsbeispiele zum Schreiben einer Linie auf einem strukturierten Substrat mit Hilfe eines Verfahrens nach dem Verfahrensanspruch 1 dargestellt.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Nachstehend wird die Erfindung in weiteren Einzelheiten anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung erläutert, in welcher:
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine herkömmliche Vorrichtung zum Schreiben einer Linie auf einem strukturierten Substrat zeigt;
Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Stufenabschnitt in einem strukturierten Substrat zeigt, auf welchem mit Hilfe einer herkömmlichen Vorrichtung zum Schreiben einer Linie auf einem strukturierten Substrat geschrieben wird;
Fig. 3 ein Blockschaltbild mit der Darstellung eines ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Schreiben einer Linie auf einem strukturierten Substrat ist;
Fig. 4 ein Blockschaltbild eines zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Schreiben einer Linie auf einem strukturierten Substrat zeigt;
Fig. 5A bis 5C jeweils einen Querschnitt, mit der Darstellung aufeinanderfolgender Stufen zeigen, an denen eine Linie auf einem strukturierten Substrat bei dem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel geschrieben wird;
Fig. 6 ein Querschnitt durch ein strukturiertes Substrat ist, auf dem bei dem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel eine Linie geschrieben wird;
Fig. 7 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Schreiben einer Linie auf einem strukturierten Substrat gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist, und
Fig. 8 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Schreiben einer Linie auf einem strukturierten Substrat gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Ehe eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Schreiben einer Linie auf einem strukturierten Substrat gemäß den bevorzugten Ausführungsbeispielen erläutert wird, wird zunächst eine herkömmliche Vorrichtung zum Schreiben einer Linie auf einem strukturierten Substrat in der vorbeschriebenen Weise im einzelnen erläutert.
Fig. 1 zeigt die herkömmliche Vorrichtung zum Schreiben einer Linie auf einem strukturierten Substrat, welche eine (nicht dargestellte) Laserlichtquelle zum Emittieren eines Laserstrahls, eine CVD-Zelle 12 (CVD = CVD-Beschichtungstechnik) mit einem Fenster 13, durch welches der Laserstrahl 23 durchgelassen wird, eine Zuführeinrichtung 12A, über welche der Dampf eines gasförmigen CVD-Ausgangsmaterials eingeleitet wird, und eine Auslaßeinrichtung 12B, an welche eine Einrichtung zum Behandeln der Abgase angeschlossen ist, sowie ferner eine X-Y- Plattform 14, auf welcher die CVD-Zelle 12 vorgesehen ist, aufweist.
Im Betrieb wird ein Substrat 11 mit einer mit verschiedenen Materialien strukturierten Oberfläche positioniert, woraufhin über die Zuführung 12A das gasförmige CVD-Ausgangsmaterial in die CVD-Zelle 12 eingeleitet wird. Gleichzeitig wird die Laserlichtquelle so angesteuert, daß sie den Laserstrahl 23, der so fokussiert ist, daß er durch das Fenster 13 der CVD-Zelle 12 hindurchgeht und somit darin das Substrat 11 mit dem Laserstrahl 23 bestrahlt wird. In der CVD-Zelle 12 wird das gasförmige CVD-Material infolge einer Reaktion an der Schnittstelle zwischen Gas und Substrat 11 thermisch so zersetzt, daß entsprechend der Überstreichung des Substrats 11 mit dem Laserstrahl 23 ein vorgegebenes Linienmuster mit dem zersetzten Gas auf dem Substrat 11 aufgebracht wird. Der überstreichende Laserstrahl wird in Längsrichtung entsprechend der Bewegung des Substrats 11 in X-Richtung auf der X-Y-Plattform geführt, während die Überstreichung mit dem Laserstrahl 23 in Querrichtung entsprechend der Bewegung des Substrats 11 auf der X-Y-Plattform in Y-Richtung erfolgt.
Fig. 2 zeigt ein Substrat 11, auf dem eine Al-Verdrahtung 37 und ein Isolierfilm 33 mit einer Öffnungsapertur 39 ausgebildet sind. Während sich das Substrat 11 auf der X-Y-Plattform 14 nach links bewegt, wird das Substrat 11 vom Laserstrahl 23 in Richtung nach rechts überstrichen, wie durch den Pfeil S angegeben ist, so daß auf dem Isolierfilm 33 in CVD-Technik eine Linie 34 entsprechend dem sich unter der Einstrahlung des Laserstrahls 23 zersetzenden Gas geschrieben wird. Bei diesem Vorgang nimmt jedoch die Stärke der Linie 34 umso stärker ab, je näher sich der Überstreichbereich an die Al-Verdrahtung 37 heranbewegt. Außerdem wird die Linie 34 auf der Seitenwandung eines Stufenabschnitts 36 im Isolierfilm 33 unterbrochen, wie mit dem Pfeil D angegeben ist. Die Gründe für das Auftreten solcher Phänomene wurden vorstehend erläutert.
Nachstehend wird nun ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Schreiben einer Linie auf einem strukturierten Substrat beschrieben. Fig. 3 zeigt die Vorrichtung zum Schreiben einer Linie auf einem strukturierten Substrat, welche eine CVD-Zelle 12 mit einem Fenster 13, durch welches ein Laserstrahl 23 durchgelassen wird, eine Zuführeinrichtung 12A, über welche Mo(CO)&sub6;-Dampf von einer Gasversorgungsquelle 29 eingeleitet wird, und eine Auslaßeinrichtung 12B, an welche eine Einrichtung 30 zum Behandeln der Abgase angeschlossen ist, sowie ferner eine X-Y-Plattform 14, auf welcher die CVD-Zelle 12 angeordnet ist, aufweist, ferner eine Steuerung 15 zum Ansteuern der X-Y-Plattform 14 in zwei zueinander senkrechten Richtungen, eine Ar-Ionenlasereinrichtung 17 zum Emittieren eines Laserstrahls, einen Impulsmodulater 18 zur Impulsmodulation des Laserstrahls, einen Intensitätsmodulater (19) zur Modulation der Intensität des Laserstrahls, einen dichroitischen Spiegel 20, von dem der Laserstrahl reflektiert und durch den Licht einer vorgegebenen Wellenlänge hindurchgelassen wird, eine Linse 16 zum Fokussieren des Laserstrahls auf eine vorgegebene Fleckgröße auf einem in der CVD-Zelle 12 angeordneten Substrat 11, eine Kamera 21 zur Beobachtung des Substrats 11 durch Aufnahme von Licht, das durch den dichroitischen Spiegel 20 hindurchgelassen wurde, und eine Bildröhre 22 zur Anzeige des Substrats 11, auf dem entsprechend der Mo- Ablagerung eine Linie geschrieben wird.

Ausbildungsform 1 (Intensitätsmodulation)

Es wird von einem Si-Substrat 11 ausgegangen, das entsprechend der thermischen Oxidation mit einer SiO&sub2;-Filmschicht bedeckt ist, auf der eine Al-Verdrahtung vorgesehen ist. Dieses Substrat 11 wird in der CVD-Zelle 12 positioniert, in der Ar-Gas als Trägergas den Mo(Co)&sub6;-Dampf von der Gasversorgungsquelle 29 einbringt. Der von der Ar-Ionenlasereinrichtung 17 emittierte Laserstrahl wird vom dichroitischen Spiegel 20 reflektiert und von der Linse 16 so fokussiert, daß er durch das Fenster 13 hindurchtritt, damit das Substrat 11 örtlich begrenzt mit dem Laserstrahl 23 bestrahit wird, was durch örtlich begrenzte Erwärmung zur Ablagerung von Mo darauf führt. In diesem Fall wird direkt Mo unter Bildung einer Linie auf das Substrat 11 aufgebracht, wenn letzteres entsprechend der Ansteuerung der X-Y-Plattform 14 in einer Richtung der Linie bewegt wird. Ein beschriebener Teil des Substrats 11 wird direkt über den dichroitischen Spiegel 20 mittels der Kamera 21 und des Bildschirms 22 beobachtet. Bei der Beobachtung des darauf aufgebrachten Teils der Mo-Linie werden die Frequenz und die Intensität jeweils durch den Impulsmodulator 18 und den Intensitätsmodulator 19 moduliert, während die Überstreichgeschwindigkeit des Laserstrahls 23 durch die Steuerung 15 gesteuert wird.
Wie vorstehend erwähnt, umfaßt das Substrat 11 den SiO&sub2;- Film mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit und die Al-Verdrahtung mit hoher Wärmeleitfähigkeit, die beide auf der Oberfläche des Substrats aufgebracht sind. Tatsächlich hat Aluminium eine Wärmeleitfähigkeit, die 150 mal höher ist als die von SiO&sub2;. Somit wird eine vorgegebene Wärmemenge, die zur Ausführung eines CVD-Vorgangs mit Mo auf der Al-Verdrahtung erforderlich ist, über die letztere infolge deren hoher Wärmeleitfähigkeit abgestrahlt, wenn der Laserstrahl 23 die Al-Verdrahtung mit gleicher Überstreichgeschwindigkeit und Lichtintensität wie bei dem Laserstrahl überstreicht, welcher den SiO&sub2;-Film überstreicht, so daß sich auf der Al-Verdrahtung bzw. in deren unmittelbarer Umgebung nur mit Schwierigkeiten mit Mo schreiben läßt. Infolgedessen läßt sich ein elektrischer Kontakt zwischen der Al- Verdrahtung und einer geschriebenen Mo-Linie nicht herbeiführen und nicht direkt mit Mo quer über die Al-Verdrahtung geschrieben werden.
In der Ausführungsform 1 wird bei dem ersten Ausführungsbeispiel die Leistung des Laserstrahls 23 auf der Al-Verdrahtung um eine vorgegebene Größe erhöht, die größer ist als bei SiO&sub2; unter Steuerung durch den Intensitätsmodulator 19, während die Überstreichgeschwindigkeit des Laserstrahls 23 auf konstantem Wert gehalten wird. Konkreter gesagt wird in dem Fall, in dem die Überstreichgeschwindigkeit des Laserstrahls 23 fest auf 4 um/s eingestellt ist, die Leistung des Laserstrahls 23 so geregelt, daß sie zum Schreiben einer Mo-Linie mit einer Breite von rund 7 um und einer Dicke von etwa 150 nm auf dem SiO&sub2;-Film etwa 300 mW beträgt, während die Leistung des Laserstrahls 23 so erhöht wird, daß sie zum Schreiben einer Mo-Linie mit einer Breite von rund 7 um und einer Dicke von ca. 120 nm auf der Al-Verdrahtung rund 700 mW beträgt. Infolgedessen läßt sich zwischen einer geschriebenen Mo-Linie und der Al-Verdrahtung ein stabiler elektrischer Kontakt herstellen.

Ausbildungsform 2 (Impulsmodulation)

Bei der Ausbildungsform 2 wird dasselbe Substrat 11 wie bei Ausbildungsform 1 eingesetzt. Die Überstreichgeschwindigkeit des Laserstrahls 23 ist fest auf 4 um/s eingestellt, während die Leistung des Laserstrahls 23f auf 700 mW eingeregelt wird, wenn der Laserstrahl nicht impulsmoduliert wird und vor und nach einer Impulsmodulation auch nicht verändert werden soll. Unter der hier beschriebenen Bedingung findet eine Impulsmodulation statt, bei welcher die Impulsbreite des Laserstrahls 23 5 us und die Folgefrequenz desselben 10 kHz beträgt, so daß eine Mo-Linie mit einer Breite von ca. 6 um und einer Dicke von 250 nm auf dem SiO&sub2;-Film geschrieben wird, während die Impulsmodulation, bei der die Folgefrequenz des Laserstrahls 23 unter Steuerung durch den Impulsmodulator 18 auf bis zu 100 kHz erhöht wird, in der Weise erfolgt, daß der mittlere Intensitätswert des Laserstrahls 23 so erhöht wird, daß eine Mo-Linie mit einer Breite von ca. 6 um und eine Dicke von etwa 200 nm auf der Al-Verdrahtung geschrieben wird.
Alternativ findet eine Impulsmodulation statt, bei welcher die Impulsbreite des Laserstrahls 23 auf bis zu 50 us ohne Veränderung von dessen Folgefrequenz erhöht wird, um so den mittleren Intensitätswert des Laserstrahls 23 so zu erhöhen, daß eine Mo-Linie mit einer Breite von ca. 6 um und einer Dicke von rund 200 nm auf der Al-Verdrahtung geschrieben wird.

Ausbildungsform 3 (Steuerung der Überstreichgeschwindigkeit)

In der Ausbildungsform 3 wird dasselbe Substrat 11 wie bei der Ausbildungsform 1 und 2 eingesetzt. Ist die Leistung des Laserstrahls 23 fest auf 300 mW eingestellt, so wird die Geschwindigkeit, mit welcher der Laserstrahl 23 den SiO&sub2;-Film überstreicht, fest auf 4 um/s eingestilit, so daß eine Mo-Linie mit einer Breite von etwa 7 um und einer Dicke von etwa 150 nm darauf geschrieben wird, während die Geschwindigkeit, mit der der Laserstrahl 23 die Al-Verdrahtung überstreicht, entsprechend der Ansteuerung der X-Y-Plattform 14 unter Steuerung durch die Steuerung 15 auf 1 um/s verringert wird, so daß eine Mo-Linie mit einer Breite von etwa 7 um und einer Dicke von rund 120 nm direkt darauf geschrieben wird.

Ausbildungsform 4 (Steuerung der Überstreichgeschwindigkeit)

Die Ausbildungsform 4 unterscheidet sich von Ausbildungsform 2 insofern, als die Impulsbreite des Laserstrahls 23 und dessen Folgefrequenz gleichzeitig so geregelt werden, daß sieh in der Ausbildungsform 4 ein gleichbleibender mittlerer Intensitätswert des Laserstrahls 23 ergibt, während in der Ausbildungsform 2 beide Parameter separat voneinander gesteuert werden.
In der Ausbildungsform 4 wird mit einem Keramiksubstrat 11 gearbeitet, das mit einem Polyimid-Film überzogen ist, auf dem eine Au-Verdrahtung strukturiert ist. Mit anderen Worten umfaßt das Substrat 11 den Polyimid-Film mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit und die Au-Verdrahtung mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit. Die Wärmeleitfähigkeit von Gold entspricht dem 2000fachen Wert von Polyimid und ist etwa eineinhalb mal so groß wie bei Aluminium. Wird der mittlere Intensitätswert des Laserstrahls 23 nach dessen Impulsmodulation fest auf 50 mW eingestellt und wird außerdem die Überstreichgeschwindigkeit des Laserstrahls 23 auf 4 um/s eingestellt, wird dessen Folgefrequenz so geregelt, daß sie auf dem Polymid-Film 10 kHz beträgt; damit wird eine Mo-Linie mit einer Breite von rund 10 um und einer Dicke von ca. 500 nm direkt darauf geschrieben; unterdessen wird die Folgefrequenz des Laserstrahls 23 so erhöht, daß sie auf der Au-Verdrahtung 200 kHz beträgt und sieh damit eine höhere Spitzenintensität des Laserstrahls 23 ergibt, während dessen Impulsbreite verringert wird, auch wenn ein mittlerer Intensitätswert des Laserstrahls 23 konstant so auf einem Wert gehalten wird, daß eine Mo-Linie mit einer Breite von ca. 10 um direkt darauf geschrieben wird.
Bei allen Ausbildungsformen 1 bis 4 wird bei dem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel die Ar-Ionenlasereinrichtung 17 zur Emission eines CW-Laserstrahls (Dauerstrichlaser) eingesetzt. Es kann jedoch zusätzlich zur Ar-Ionenlasereinrichtung 17 auch eine weitere Einrichtung eingesetzt werden, die einen Impulslaserstrahl emittiert, wie bei dem folgenden erfindungsgemäßen zweiten Ausführungsbeispiel erläutert wird.
Fig. 4 zeigt ein zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Schreiben einer Linie auf einem strukturierten Substrat, bei weicher gleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen wie in Fig. 3 angegeben sind, weshalb eine Wiederholung der Erläuterungen hier entfallen kann, allerdings mit dem Unterschied, daß die Vorrichtung zum Schreiben einer Linie auf einem strukturierten Substrat außerdem einen beweglichen Spiegel 24 aufweist, der sich so verlagern läßt, daß er in den Strahlengang des von der Ar-Ionenlasereinrichtung 17 kommenden Laserstrahls positioniert werden kann; weiterhin einen Spiegel 25 zur Lichtreflexion in einer vorgegebenen Richtung, eine YAG-Lasereinrichtung 26 zum Emittieren eines gepulsten Laserstrahls, einen Wellenlängenwandler 41 zum Umwandeln einer Wellenlänge des von der YAG-Lasereinrichtung 26 kommenden gepulsten Laserstrahls, und einen Intensitätsmodulator 19B zur Modulation der Intensität des vom Wellenlängenwandler 41 kommenden gepulsten Laserstrahls. Der Intensitätsmodulator, der in der anschließenden Stufe des Impulsmodulators 18 angeordnet ist, wird hier mit einem Bezugszeichen 19A statt des Bezugszeichens 19 in Fig. 3 angegeben.
Im Betrieb wird der bewegliche Spiegel 24 von einer gestrichelt eingezeichneten Linie zu einer mit festem Strich angegebenen Linie so verlagert, daß er im Strahlengang des von der Ar-Ionenlasereinrichtung 17 kommenden Laserstrahls positioniert ist. Die YAG-Lasereinrichtung wird so angesteuert, daß sie einen gepulsten Laserstrahl mit einer Folgefrequenz von 1 kHz, einer Impulsbreite von ca. 20 ns und einer Strahlungsintensität von 1 MW als Spitzenwert emittiert Ehe der bewegliche Spiegel 24 in den Strahlengang des von der Ar-Ionenlasereinrichtung 17 kommenden Laserstrahls verlagert wird, wird direkt auf dem SiO&sub2;- Film auf dem Substrat 11 entsprechend der Einstrahlung des von der Ar-Ionenlasereinrichtung 17 kommenden Laserstrahls 23 eine Mo-Linie geschrieben. Als nächstes wird der bewegliche Spiegel 24 in der vorstehend erläuterten Weise so verlagert, daß der gepulste Laserstrahl über den Spiegel 25, den beweglichen Spiegel 24 und den dichroitischen Spiegel 20 als gepulster Laserstrahl 23 in die CVD-Zelle eingespiegelt wird. Der Laserstrahl 23 hat wie vorstehend erläutert einen hohen Spitzenwert und eine geringe Impulsbreite, so daß die Al-Verdrahtung, die beispielsweise eine Breite von 10 um aufweist, vorübergehend mit dem gepulsten Laserstrahl 23 überstrichen und dabei örtlich begrenzt auf eine Temperatur bis zu einem vorgegebenen Wert erwärmt wird. Infolgedessen wird eine qualitativ gute Mo-Beschichtung mit dieser CVD-Technik auf der Al-Verdrahtung erreicht und damit kann zwischen der zuvor auf dem SiO&sub2;-Film gebildeten Mo-Linie und der Al-Verdrahtung ein Kontakt mit guten Kennwerten entstehen, beispielsweise mit einem Kontaktwiderstandswert von rund 200 Ω.
Bei einer anderen Ausführungsform ist im PSG-Isolierfilm auf dem Substrat zur Verbindung einer Mo-Linie auf dem PSG- Isolierfilm mit der Al-Verdrahtung ein Durchgangsloch mit Mo mit CVD-Technik eingelassen. Zunächst wird die AR-Ionenlasereinrichtung 17 so angesteuert, daß sie einen Ar-Ionenlaserstrahl ohne Impulsmodulation, allerdings mit einer Intensität von rund 0,3 MW/cm², emittiert. Unter diesen Umständen wird die Überstreichgeschwindigkeit des Laserstrahls 23 auf 10 um/s eingeregelt, so daß auf dem PSG-Isolierfilm 33 mit einem Stufenabschnitt 36 und einer Durchgangsbohrung 39 (vgl. Fig. 5A) eine Mo-Linie 34 direkt geschrieben wird, wobei ein Substrat 11, das mit dem PSG-Isolierfilm 33, auf dem die Al-Verdrahtung 37 vorgesehen ist, bedeckt ist. Als nächstes wird dann, wenn der Laserstrahl 23 sich an die Durchgangsbohrung 39 annähert (vgl. Fig. 5B), der von der Ar-Ionenlasereinrichtung 17 kommende Laserstrahl 23 durch den beweglichen Spiegel 24 unterbrochen, damit er auf eine durchgehende Linie verlagert wird, während der von der YAG-Lasereinrichtung 26 kommende gepulste Laserstrahl hinsichtlich seiner Wellenlänge im Wellenlängenwandler 41 so umgewandelt wird, daß er Licht mit einer zweiten harmonischen Wellenlänge von 532 nm darstellt, das in die CVD-Zelle 12 eingeleitet wird. Der so eingeleitete gepulste Laserstrahl 23 weist eine Impulsbreite von 20 ns und eine Spitzenintensität von 1,1 MW/cm² auf. Durch Verwendung eines solchen gepulsten Laserstrahls kann auch in der näheren Umgebung der Durchgangsbohrung 39 direkt eine MO-Linie geschrieben werden, wo infolge der hohen Wärmeleitfähigkeit der Al-Verdrahtung 37 Wärme abgestrahlt wird, auch wenn die Temperatur, bei der Mo in CVD-Technik gebildet wird, nicht auf herkömmliche Weise erreicht wird. Wenn der Laserstrahl 23 die Durchgangsbohrung 39 erreicht (vgl. Fig. 5C), wird diese außerdem weiterhin ca. 60 Sekunden lang mit dem gepulten Laserstrahl 23 bestrahlt, so daß die Durchgangsbohrung 39 vollständig mit Mo eingelassen wird, wodurch sich ein qualitativ guter Kontakt am Boden der Bohrung ergibt. Der so erreichte Kontaktwiderstandswert beträgt rund 30 Ω, was bei einer Verdrahtung in MOS-LSI-Technik einen befriedigenden Wert darstellt.
Bei einem Isolierfilm 33 mit einem Stufenbereich 36 ist dieselbe Ausbildung wie vorstehend erläutert anwendbar, wenn eine Mo-Linie 34 direkt darauf geschrieben werden soll, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist, damit keine Unterbrechung der Linie 34 auftritt.
Fig. 7 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Schreiben einer Linie auf einem strukturierten Substrat. Die Vorrichtung zum Schreiben einer Linie auf einem strukturierten Substrat unterscheidet sich von dem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel hauptsächlich dadurch, daß auf einer Drehbühne 28 zusätzlich ein Strahlumformer 27 vorgesehen ist, während der Impulsmodulator 18 und der Intensitätsmodulator 19 fehlen. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein Si-Substrat 11 in LSI-Technik mit einer Polysilizium-Verdrahtungsschicht, auf der eine SiN-Isolierschicht ausgebildet ist, in der CVD-Zelle 12 positioniert. Im Strahlumformer 27 wird ein von der Ar-Ionenlasereinrichtung 17 kommender runder Strahl mit einer Gaußschen Intensitätsverteilung in einen elliptischen langgereckten Gaußschen Strahl umgewandelt, der dann vom Spiegel 25 reflektiert wird. Der so reflektierte elliptische Laserstrahl wird dann von der Linse 16 über das Fenster 13 auf das Substrat 11 fokussiert. Der Strahlumformer 27 weist zwei zylindrische Linsensteile 27a und 27b auf, die in Form einer Strahlaufweitung so angeordnet sind, daß ein vertikaler Strahldurchmesser auf das Fünffache des ursprünglichen Strahldurchmessers vergrößert wird, während der horizontale Strahldurchmesser unverändert bleibt Gasförmiges CVD-Ausgangsmaterial - Mo(CO)&sub6; verdünnt mit Ar-Gas - wird von der Gasversorgungsquelle 29 der CVD-Zelle 12 zugeleitet. Der Mo(CO)&sub6;-Teildruck beträgt 1,33 hPa (1 Torr), und der Gasgesamtdruck beträgt 1013 hPa. Nach der Gasreaktion in der CVD- Zelle 12 wird das Abgas in der Abgasbehandlungseinrichtung 30 behandelt, um eine Umweltbelastung zu vermeiden. Die X-Y- Plattform 14 wird so angesteuert, daß sich eine vorgegebene Überstreichgeschwindigkeit des Laserstrahls 23 und eine vorgegebene Überstreichrichtung des Laserstrahls 23 ergeben und damit Richtung, Muster usw. einer geschriebenen Linie definiert sind. Andererseits dreht die Drehbühne 28 den Strahlumformer 27 in die Lichtachse des Laserstrahls, so daß die Apsidenlinie des fokussierten elliptischen Laserstrahls bezüglich einer Überstreichrichtung der X-Y-Plattform 14 ausgerichtet ist.
Im Betrieb wird das Substrat 11 so bearbeitet, daß es eine Durchgangsbohrung aufweist, die in einen SiN-Isolierfilm auf der Polysiliziumschicht eingelassen ist, und wird an einer vorgegebenen Stelle in der CVD-Zelle 12 positioniert. Anschließend wird die X-Y-Plattform so angesteuert, daß sich das Substrat 11 in vorgegebener Richtung bewegt und damit der Laserstrahl 23 auf die Durchgangsbohrung des Substrats 11 fokussiert wird. Die Apsidenlinie des fokussierten elliptischen Laserstrahls 23 ist natürlich bezüglich der Überstreichrichtung der X-Y-Plattform 14 ausgerichtet. In diesem Augenblick wird von der Gasversorgungsquelle 29 der CVD-Zelle 12 gasförmiges Ausgangsmaterial zugeleitet. Nach einem solchen vorbereitenden Arbeitsgang emittiert die Ar-Ionenlasereinrichtung 17 den Laserstrahl, während die X-Y-Plattform 14 so angesteuert wird, daß sie sich bewegt, wodurch eine vorgegebene Überstreichgeschwindigkeit des Laserstrahls 23 erreicht wird. Auf diese Weise wird mit CVD-Technik eine Mo-Linie direkt auf die SiN-Isolierschicht geschrieben, um die Poly-Si-Verdrahtungen zu verbinden.
Ein Vergleich zwischen den Arbeitsabläufen mit elliptischem und rundem Laserstrahl wird nachstehend dargelegt.
Es wird davon ausgegangen, daß ein Fleck des runden Laserstrahls 2 um Durchmesser aufweist, während der elliptische Laserstrahl auf seiner Apsidenlinie 10 um und auf seiner kleineren Achse 2 um mißt. Außerdem wird der Mindestschrittabstand der X-Y-Plattform mit 1 um angesetzt.
Bei Einsatz eines runden Laserstrahls läßt sich eine qualitativ gute Verdrahtung mit einer Breite von 5 um und einer Dicke von 0,5 um bei einem spezifischen Widerstandswert von 30 uΩcm unter der Voraussetzung erzielen, daß die Überstreichgeschwindigkeit 6 um/s beträgt und Licht mit einer Stärke von 500 mW emittiert wird. Wird die Überstreichgeschwindigkeit ohne Veränderung der Strahlungsintensität erhöht, nimmt die Verdrahtungsstärke ab, während an dem Stufenabschnitt des Substrats eine Unterbrechung in der Verdrahtung auftritt. Wird die Überstreichgeschwindigkeit bis auf 10 um/s erhöht, und die Laserstrahlleistung auf 700 mW gesteigert, so erweitern sich die Strichbreite auf bis zu 7 um, während sie sich in Längsrichtung verändert. Noch schlimmer ist, daß sich auf der Verdrahtung einige konkave Bereiche finden lassen, die als Beschädigungen gelten. Insgesamt beträgt eine Übersstreichgeschwindigkeit, bei der sich eine qualitativ gute Verdrahtung mit Hilfe eines runden Strahls schreiben läßt, ca. 6 um/s.
Bei Verwendung eines elliptischen Laserstrahls wird bei einer Überstreichgeschwindigkeit von 30 um/s eine gute Verdrahtung mit gleicher Dicke und Breite wie beim runden Laserstrahl mit einem niedrigen spezifischen Widerstand gebildet. Hierbei beträgt die Leistung des emittierten Laserstrahls 2 W, während sich auch noch dann eine qualitativ gute Verdrahtung erzielen läßt, wenn die Leistung von 1,5 W auf 2,5 W verändert wird. Darüberhinaus nimmt im Vergleich zum Fall eines runden Laserstrahls die Frequenz an einer Unterbrechung der Verdrahtung an einem Stufenbereich im Isolierfilm deutlich ab. Außerdem findet sich an einem Stufenabschnitt bei einem rund 1,5 um dicken Isolierfilm keine Unterbrechung.
Bei dem vorstehend erläuterten dritten Ausführungsbeispiel kann als Strahlumformer 27 eine zylindrische Linse eingesetzt werden, um den runden Laserstrahl in einen elliptischen Strahl umzuwandeln; auch wenn eine Strahlaufweitung dabei eingesetzt wird. In einem solchen Fall wird die Einstellung der Optik etwas kompliziert, da sich zusammen mit der Strahlumformung auch der Aufweitwinkel des Laserstrahls verändert. Darüberhinaus kann auch als Strahlumformer 27 ein Strahlteiler eingesetzt werden, der einen einfallenden Laserstrahl in eine Vielzahl parallel ausgerichteter Strahlen umwandelt, so daß auf dem Substrat eine langgestreckte Form linienförmiger Flecke definiert wird. Darüberhinaus kann auch bei Verwendung von Mo(CO)&sub6; als gasförmiges Ausgangsmaterial auch W(CO)&sub5; oder WF&sub6; zum Schreiben einer aufgetragenen W-Linie eingesetzt werden, während zum Schreiben einer aufgebrachten Si-Linie SiH&sub4; oder SiH&sub2;Cl&sub2; verwendet werden kann.
Fig. 8 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Schreiben einer Linie auf einem strukturierten Substrat. Die Vorrichtung zum Schreiben einer Linie auf einem strukturierten Substrat ist ähnlich wie bei dem dritten Ausführungsbeispiel, unterscheidet sich allerdings hiervon dadurch, daß der Strahlumformer 27 nicht mit einer Drehbühne ausgerüstet wird, daß anstelle der X-Y-Plattform eine X-Plattform 32 und auf einer Drehbühne 31 eine X-Plattform 32 vorgesehen sind. Bei der Vorrichtung zum Schreiben einer Linie auf einem strukturierten Substrat wird ein Betrieb, bei dem die Apsidenlinie eines elliptischen Laserstrahls bezüglich der Überstreichrichtung des Laserstrahls ausgerichtet ist, durch die Drehbühne 31 ausgeführt. Infolgedessen entfällt in der Optik für die Laserstrahlemittierung eine bewegliche Einheit, so daß eine Verlagerung einer Verdrahtungsposition auf einem Substrat aus einer vorgegebenen Stellung infolge einer Bewegung der Lichtachse verhindert wird. Außerdem vereinfacht sich der Aufbau der Vorrichtung und damit sinken deren Kosten, da die Apsidenlinie eines langgestreckten Laserstrahls bezüglich der Überstreichrichtung mit Hilfe der Drehbühne 31 ausgerichtet wird und darüberhinaus die Überstreichrichtung auch mit Hilfe der Drehbühne 31 in Verdrahtungsrichtung eingestellt wird.
Wie sich deutlich aus dem ersten bis vierten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ergibt, lassen sich das Grundprinzip und die Funktionsweise der Erfindung folgendermaßen erläutern.
Wenn ein Dauerstrich-Laserstrahl, z. B. ein Ar-Ionenlaserstrahl, ein Substrat mit mehreren strukturierten Schichten darauf von einem Bereich mit niedriger Wärmeleitfähigkeit zu einem Bereich hoher Wärmeleitfähigkeit überstreicht, ohne den Laserstrahl in seiner Intensität und seiner Impulsfrequenz zu modulieren und ohne sogar die Überstreichgeschwindigkeit zu verändern, so verengt sich die Breite einer in CVD-Technik aufgebrachten Linie im Bereich hoher Wärmeleitfähigkeit, wobei deren Qualität dabei sinkt, da die abgestrahlte Wärmemenge so zunimmt, daß die Temperatur, die für einen CVD-Vorgang erforderlich ist, sich in diesem Bereich nur mit Schwierigkeiten erzielen läßt. Um direkt auf einem Substrat eine Linie guter Qualität mit gleichbleibender Breite zu schreiben, muß ein Absinken der Temperatur in dem Bereich hoher Wärmeleitfähigkeit vermieden werden, indem mindestens eine Intensitätsmodulation oder eine Impulsmodulation des Laserstrahls vorgenommen wird und die Überstreichgeschwindigkeit des Laserstrahls so gesteuert wird, daß eine Einschränkung eines Bereichs, innerhalb dessen je nach der Wärmeleitfähigkeit eines Bereichs ein CVD-Vorgang nicht abläuft, entfällt.
Zunächst wird mit einer Intensitätsmodulation eines Dauerstrich-Laserstrahls gearbeitet, ohne Impulsmodulation des Strahls, wobei die Überstreichgeschwindigkeit des Laserstrahls in vorbeschriebener Weise fest auf einen konstanten Wert eingestellt wird. Dies bedeutet, daß dann, wenn ein Laserstrahl im Anschluß an einen Bereich niedriger Wärmeleitfähigkeit einen Bereich hoher Wärmeleitfähigkeit zu überstreichen beginnt, die Intensität des Laserstrahls so erhöht wird, daß der Wärmeabstrahlungsverlust ausgeglichen wird, um so den gleichen Temperaturbereich wie im Abschnitt niedriger Wärmeleitfähigkeit zu erreichen, in dem sich ein CVD-Vorgang durchführen läßt. Infolgedessen läßt sich über Bereiche unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit hinweg eine Linie gleichbleibender Breite und guter Qualität in CVD-Technik schreiben.
Anschließend wird ein Arbeitsgang mit Impulsmodulation eines Dauerstrich-Laserstrahls ausgeführt, wobei Intensität und Überstreichgeschwindigkeit in bereits erläuterter Weise auf einen konstanten Wert fest eingestellt sind. Dies bedeutet, daß bei Festigung einer Spitzenintensität eines Impulses, der aus einem Dauerstrich-Laserstrahl abgeleitet wird, auf einen konstanten Wert in den Fällen, in denen die Folgefrequenz des Impulses verändert wird, ein mittlerer Intensitätswert des Laserstrahls umso größer wird, je größer dessen Impulsbreite wird. Dementsprechend erhöht sich dann, wenn ein gepulster Laserstrahl im Anschluß an einen Bereich geringer Wärmeleitfähigkeit einen Bereich hoher Wärmeleitfähigkeit zu überstreichen beginnt, die Folgefrequenz des Impulses bzw. vergrößert sich dessen Impulsbreite, so daß der Wärmeabstrahlungsverlust im Bereich hoher Wärmeleitfähigkeit ausgeglichen wird. Infolgedessen wird dort eine Temperatur erreicht, die für den CVD-Prozeß erforderlich ist, so daß über Bereiche unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit hinweg eine Linie mit gleichbleibender Breite und guter Qualität geschrieben werden kann.
Zum dritten wird ein Vorgang, bei dem die Überstreichgeschwindigkeit eines Dauerstrich-Laserstrahls ohne Intensitäts- und Impulsmodulation des Strahls gesteuert wird, nachstehend erläutert. Dies bedeutet, daß sich bei abnehmender Überstreichgeschwindigkeit des Laserstrahls die Zeit, in welcher ein Substrat pro Flächeneinheit durch den Laserstahl erwärmt wird, verlängert. Dementsprechend sinkt dann, wenn ein Dauerstrich- Laserstrahl im Anschluß an einen Bereich niedriger Wärmeleitfähigkeit einen Bereich hoher Wärmeleitfähigkeit zu überstreichen beginnt, die Überstreichgeschwindigkeit des CW-Laserstrahls, um die Erwärmungszeit pro Flächeneinheit so zu verlängern, daß die Wärmeabstrahlungsverluste in diesem Bereich ausgeglichen werden. Infolgedessen läßt sich über Bereiche unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit hinweg eine Linie in CVD-Technik mit gleichbleibender Breite und guter Qualität schreiben.
Auch wenn ein Dauerstrich-Laserstrahl eine Intensitäts- oder Impulsmodulation erfährt und die Steuerung von dessen Überstreichgeschwindigkeit auf Wunsch unabhängig erfolgen soll, so können doch zwei oder alle drei dieser Vorgänge gleichzeitig ausgeführt werden.
Im folgenden wird der Fall erläutert, daß die Intensitätsmodulation eines Dauerstrich-Laserstrahls mit der Impulsmodulation des Strahls so kombiniert wird, daß eine Linie in CVD- Technik direkt auf einem Substrat geschrieben werden kann. Im einzelnen wird ein Impuls eines Dauerstrich-Laserstrahls bezüglich seiner Intensität und Impulsbreite so gesteuert, daß ein mittlerer Intensitätswert des Impulses und das Produkt aus Impulsbreite und Folgefrequenz des Impulses jeweils konstant
sind. In diesem Fall wird die Spitzenintensität des Impulses erhöht, während sich die Impulsbreite in dieser Zeit verkürzt, je stärker die Folgefrequenz ansteigt. Dementsprechend ist bei hoher Unterbrechungsfrequenz des Impulses dessen Spitzenintensität hoch, während seine Impulsbreite klein ist, so daß ein Substratbereich wiederholt über eine vorgegebene kurze Dauer erwärmt wird, ehe eine Temperatur, bis zu welcher der Bereich erwärmt wird, im wesentlichen gesenkt wird. Infolgedessen ist ein Teil eines Bereichs, in dem ein CVD-Prozeß ablaufen kann, enger als ein Bereich, in dem keine Impulsmodulation eines Dauerstrich-Laserstrahls erfolgt.
In den Fällen, in denen die Differenz zwischen der jeweiligen Wärmeleitfähigkeit von zwei Bereichen relativ groß ist, dann, wenn ein Dauerstrich-Laserstrahl im Anschluß an einen Bereich niedriger Wärmeleitfähigkeit einen Bereich hoher Wärmeleitfähigkeit zu überstreichen bekannt, nur ein kleiner Fleck in dem Bereich auf eine vorgegebene Temperatur erhöht, bei welcher ein CVD-Prozeß ablaufen kann, da die Wärme dort infolge der hohen Wärmeleitfähigkeit abgestrahlt wird. Somit kommt es bei Erhöhung der Intensität bzw. bei Senkung der Überstreichgeschwindigkeit eines Dauerstrich-Laserstrahls mit der Folge, daß die Temperatur in dem Bereich bis zu einem vorgegebenen Temperaturwert ansteigt, bei dem sich ein CVD-Prozeß durchführen läßt, vor, daß ein Teil des Bereichs, in dem die Temperatur über dem vorgegebenen Wert liegt, größer ist als ein Teil in dem Bereich niedriger Wärmeleitfähigkeit, in dem sich ein CVD- Verfahren durchführen läßt. Aus diesem Grund wird in den Fällen, in denen unterschiedliche Materialien mit stark unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit nebeneinander liegen, die Breite einer Linie eher größer in dem Bereich hoher Wärmeleitfähigkeit als in dein Bereich niedriger Wärmeleitfähigkeit. In dieser Hinsicht wird sowohl mit Intensitätsmodulation des CW-Laserstrahls als auch mit dessen Impulsmodulation gearbeitet, so daß ein Bereich, der auf einen vorgegebenen Temperaturwert erwärmt wird, der für einen CVD-Prozeß erforderlich ist, umso kleiner ist, je größer die Unterbrechungsfrequenz des Strahls in vorstehend erläuterter Weise wird. Infolgedessen kann direkt auf einem Substrat in CVD-Technik eine gleichbleibend breite Linie guter Qualität geschrieben werden, indem ein Mittelwert der Laserstrahlintensität unverändert aufrechterhalten wird, und indem die Folgefrequenz bei der Impulsmodulation erhöht wird, wenn der Laserstrahl im Anschluß an den Bereich niedriger Wärmeleitfähigkeit einen Bereich hoher Wärmeleitfähigkeit zu überstreichen beginnt.
Auch wenn im vorstehenden die möglichen Modulationsformen bei einem CW-Laserstrahl erläutert wurden, kann statt des Dauerstrichlasers auch ein gepulster Laserstrahl eingesetzt werden, so daß die Impulsbreite des gepulsten Laserstrahls kürzer als bei einer Impulsmodulation des CW-Laserstrahls sein kann, wodurch es möglich ist, eher eine örtlich begrenzte und vorübergehende Erwärmung vorzunehmen. Dementsprechend läßt sich eine Linie guter Qualität auch in einem Bereich mit hoher Wärmeleitfähigkeit schreiben. Darüberhinaus kann entsprechend der Erhöhung der Erwärmungswirkung eine Linie mit viel besserer Qualität geschrieben werden, wenn die Impulsbreite des gepulsten Laserstrahls so verkürzt wird, daß ein Teil, der mit dem Laserstahl überstrichen wird, nur in einer begrenzten Oberflächenschicht erwärmt wird. Der gepulste Laserstrahl kann nicht nur ein oszillierendes Licht einer gepulsten oszillierenden Lasereinrichtung sein, sondern auch das Licht, das in einem nichtlinearen optischen Element wie beispielsweise einer zweiten Harmonischen in einer YAG-Lasereinrichtung mit Q-Switch erzeugt wird.
Im folgenden wird nun der Arbeitsablauf erläutert, bei dem ein runder Laserstrahl in einen elliptischen Laserstrahl umgesetzt wird, dessen Apsidenlinie parallel oder senkrecht zur Überstreichrichtung des Laserstrahls verläuft.
Verläuft die Apsidenlinie des elliptischen Laserstrahls parallel zur Überstreichrichtung des Laserstrahls, ist im Vergleich zu dem Fall, in dem mit einem runden Laserstahl gearbeitet wird, die Emissionszeit des Laserstrahls in dem Verhältnis länger, das dem Verhältnis der Apsidenlinie zur kleineren Achse entspricht. Infolgedessen kann die Überstreichgeschwindigkeit eines solchen langgestreckten Laserstrahls als elliptischem Laserstrahl um dieses Verhältnis größer sein als die Überstreichgeschwindigkeit eines runden Laserstrahls in dem Fall, in dem die Intensität des emittierten Laserstrahls bei langgestrecktem und rundem Laserstrahl auf denselben Pegel eingeregelt wird. Aus diesem Grund wird es möglich, daß die Verdrahtungen mit höher Geschwindigkeit gebildet werden, ohne daß sich dies nachteilig auf die Kennwerte wie Breite, Dicke und Qualität einer Linie auswirkt. Wenn außerdem eine Linie direkt auf einen Stufenabschnitt eines Substrats geschrieben wird, wird die Apsidenlinie des elliptischen Strahls so gesteuert, daß sie viel länger ist als ein Mindestschrittabstand einer X-Y-Plattform ohne Veränderung von deren kleinerer Achse, so daß die Laserstrahien sich in Überseichrichtung ausreichend überlappen, wodurch sich eine stabile Linie ohne Unterbrechung und dünnerem Bereich im Stufenabschnitt des Substrats bilden läßt.
Steht dagegen die Apsidenlinie des elliptischen Laserstrahls senkrecht zur Überstreichrichtung des Laserstrahls so kann eine so breitere Linie geschrieben werden, daß in kurzer Zeit ein Kontaktierungsfleck mit großer Fläche aufgebracht werden kann.

Claims

1. Verfahren zum Schreiben einer Linie auf einem strukturierten Substrat mit Hilfe einer CVD-Beschichtungstechnik, welches die folgenden Schritte umfaßt:

Aufbringen eines Laserstrahls auf ein Substrat, das in einer Atmosphäre aus gasförmigem CVD-Ausgangsmaterial positioniert ist, wobei auf dem Substrat eine Vielzahl strukturierter Filme ausgebildet ist, und

Abtasten des Substrats mit dem Laserstrahl zur Bildung einer Dünnschicht-Linie auf mindestens zwei aus der Vielzahl strukturierter Filme in einer vorgegebenen Abtastrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß

die Intensität und/oder die Abtastgeschwindigkeit des Laserstrahls in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der jeweiligen Wärmeleitfähigkeit der mindestens zwei aus der Vielzahl strukturierter Filme gesteuert werden, um die Oberfläche des Substrats örtlich begrenzt auf eine vorgegebene Temperatur zu erwärmen, die für die CVD-Beschichtungstechnik erforderlich ist.

2. Verfahren zum Schreiben einer Linie auf einem strukturierten Substrat nach Anspruch 1, bei welchem der Laserstrahl mindestens einer aus der Gruppe ausgewählter ist, die von einem Dauerstrichlasergenerator abgestrahlte Laserstrahlen, einen Laserstrahl, in den der von dem Dauerstrichlasergenerator emittierte Laserstrahl impulsmoduliert wird, und einen von einem Impulslasergenerator emittierten Impulslaserstrahl umfaßt.

3. Verfahren zum Schreiben einer Linie auf einem strukturierten Substrat nach Anspruch 1, bei welchem die Intensität und/oder die Abtastgeschwindigkeit des Laserstrahls dadurch verändert wird, daß aus der Gruppe von Verfahren, die eine Impulsmodulation des Laserstrahls, dessen Intensitätsmodulation, die Veränderung einer Abtastgeschwindigkeit des Laserstrahls, die Veränderung einer Folgefrequenz des Laserstrahls und die Veränderung der Impulsbreite des Laserstrahls umfaßt, mindestens eines ausgewählt wird.

4. Verfahren zum Schreiben einer Linie auf einem strukturierten Substrat nach Anspruch 1, bei welchem die Intensität des Laserstrahls dadurch verändert wird, daß eine ursprüngliche Form des Laserstrahls in eine vorgegebene Laserstrahlform umgesetzt wird.

5. Vorrichtung zum Schreiben einer Linie auf einem strukturierten Substrat mit einem Verfahren nach Anspruch 1, welche folgendes aufweist:

eine Laserstrahlquelle zum Emittieren eines Laserstrahls (23),

eine CVD-Zelle (12), in welcher ein Substrat (11) positioniert wird und die ein Fenster (13) aufweist, durch welches der Laserstrahl (23) durchgelassen wird, wobei auf dem Substrat (11) eine Vielzahl strukturierter Filme ausgebildet ist,

eine optische Einrichtung (16) zum Einleiten des Laserstrahls (23) in die CVD-Zelle (12),

eine Gaszuführeinrichtung (29) zum Zuführen eines gasförmigen CVD-Ausgangsmaterials in die CVD-Zelle (12),

eine Einrichtung zum Einstellen einer Intensität und/oder einer Abtastgeschwindigkeit, mit welcher der Laserstrahl (23) auf das Substrat (11) aufgebracht wird, so daß auf mindestens zwei aus der Vielzahl strukturierter Filme durch thermische Zersetzung des CVD-Ausgangsmaterials eine Linie geschrieben wird, und

eine Arbeitsplattform (14, 32), auf der die CVD-Zelle (12) so angeordnet ist, daß sie in Abtastrichtung in der Weise bewegbar ist, daß das Substrat (11) in der CVD-Zelle (12) durch den durch das Fenster tretenden Laserstrahl überstrichen wird, bei welcher die Einrichtung zum Einstellen der Intensität und/oder der Abtastgeschwindigkeit so angesteuert wird, daß sie die Intensität und/oder die Abtastgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der jeweiligen Wärmeleitfähigkeit der mindestens zwei aus der Vielzahl strukturierter Filme steuert, um die Oberfläche des Substrats örtlich begrenzt auf eine vorgegebene Temperatur zu erwärmen, die für die CVD-Beschichtungstechnik erforderlich ist,

wobei die Laserstrahlquelle einen Dauerstrichlasergenerator (17) aufweist, und

die Einrichtung zum Einstellen der Intensität und/oder der Abtastgeschwindigkeit des Laserstrahls (23) mindestens eine Einrichtung aus der Gruppe aufweist, die einen Impulsmodulator (18), einen Intensitätsmodulator (19) und einen Strahlumformer (27) umfaßt, welche jeweils im Strahlengang des Laserstrahls angeordnet sind.

6. Vorrichtung zum Schreiben einer Linie auf einem strukturierten Substrat mit einem Verfahren nach Anspruch 1, welche folgendes aufweist:

eine Laserstrahlquelle zum Emittieren eines Laserstrahls (23),

eine CVD-Zelle (12), in der ein Substrat (11) positioniert ist und die ein Fenster (13) aufweist, durch welches der Laserstahl (23) durchgelassen wird, wobei auf dem Substrat (11) eine Vielzahl strukturierter Filme ausgebildet ist,

eine Einrichtung zum Einstellen einer Intensität und/oder einer Abtastgeschwindigkeit, mit welcher der Laserstahl (23) auf das Substrat (11) aufgebracht wird, so daß auf mindestens zwei aus der Vielzahl strukturierter Filme durch thermische Zersetzung des CVD-Ausgangsmaterials eine Linie geschrieben wird, und

eine Arbeitsplattform (14, 32), auf der die CVD-Zelle (12) so angeordnet ist, daß sie in Abtastrichtung in der Weise bewegbar ist, daß das Substrat (11) in der CVD-Zelle (12) durch den durch das Fenster tretenden Laserstrahl überstrichen wird, bei welcher die Einrichtung zum Einstellen der Intensität und/ oder der Abtastgeschwindigkeit so angesteuert wird, daß sie die Intensität und/oder die Abtastgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der jeweiligen Wärmeleitfähigkeit der mindestens zwei aus der Vielzahl strukturierter Filme steuert, um die Oberfläche des Substrats örtlich begrenzt auf eine vorgegebene Temperatur zu erwärmen, die für die CVD-Beschichtungstechnik erforderlich ist,

wobei die Laserstrahlquelle einen Impulslasergenerator umfaßt, und

die Einrichtung zum Einstellen der Intensität und/oder Abtastgeschwindigkeit des Laserstrahls (23) mindestens eine Einrichtung aus der Gruppe aufweist, die einen Intensitätsmodulator (19), und einen Strahlumformer (27) umfaßt, welche jeweils im Strahlengang des Laserstrahls angeordnet sind.

7. Vorrichtung zum Schreiben einer Linie auf einem strukturierten Substrat mit einem Verfahren nach Anspruch 1, welche folgendes aufweist:

eine Laserstrahlquelle zum Emittieren eines Laserstrahls (23),

eine CVD-Zelle (12), in der ein Substrat (11) positioniert ist und die ein Fenster (13) aufweist, durch welches der Laserstrahl (23) durchgelassen wird, wobei auf dem Substrat (11) eine Vielzahl strukturierter Filme ausgebildet ist,

eine Gaszuführeinrichtung (29) zum Zuführen eines gasförmigen CVD-Ausgangsmaterials in die CVD-Zelle (12), eine Einrichtung zum Einstellen einer Intensität und/oder einer Abtastgeschwindigkeit, mit welcher der Laserstrahl (23) auf das Substrat (11) aufgebracht wird, so daß auf mindestens zwei aus der Vielzahl strukturierter Filme durch thermische Zersetzung des CVD-Ausgangsmaterials eine Linie geschrieben wird, und

wobei die Arbeitsplattform (32) auf einer Drehbühne (31) angeordnet ist, wodurch die Arbeitsplattform (32) in Drehung versetzt wird.

8. Vorrichtung zum Schreiben einer Linie auf einem strukturierten Substrat mit einem Verfahren nach Anspruch 1, welche folgendes aufweist:

eine Laserstrahlquelle zum Emittieren eines Laserstrahls (23),

wobei die Laserstrahlquelle sowohl einen Dauerstrichlasergenerator (17) als auch einen Impulslasergenerator (26) umfaßt. Arbeitsplattform (32) in Drehung versetzt wird.

9. Vorrichtung zum Schreiben einer Linie auf einem strukturierten Substrat nach den Ansprüchen 5 und 6, bei welcher der Strahlumformer (27) über einer Drehbühne (28) angeordnet ist, wobei der Strahlumformer (27) gedreht wird und wobei die Drehbühne (28) vom Strahlumformer (27) abgetrennt werden kann.