DE4232373A1

DE4232373A1 - Verfahren zum Auftragen strukturierter Schichten

Info

Publication number: DE4232373A1
Application number: DE4232373A
Authority: DE
Inventors: Hans Dr Rer Nat Opower
Original assignee: Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt fuer Luft und Raumfahrt eV DFVLR
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1992-09-03
Filing date: 1992-09-26
Publication date: 1994-03-10
Also published as: US5492861A; JP2509449B2; JPH06188192A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auftragen struk turierter Schichten einer Funktionsstruktur eines Halb leiterbauelements.

Nach der heute üblichen Technologie werden bei der Her stellung von Halbleiterbauelementen eine Vielzahl von Prozeßschritten durchgeführt, die zum Teil unter Vakuum bedingungen, zum Teil unter normaler Atmosphäre ablaufen und bei welchen chemische Substanzen und Fremdmaterialien Verwendung finden.

Beispielsweise werden strukturierte Schichten durch mehr faches Strukturieren und Dotieren von Schichten unter Ver wendung von Fotolithografie hergestellt, wobei die Foto lithografie ein Belacken, Belichten, Entwickeln und Ätzen eines Substrats umfaßt.

Darüberhinaus werden Metallisierungen eines Substrats, beispielsweise durch chemisches Abscheiden von Metall schichten, hergestellt.

Die bisherige Technologie ist hinsichtlich der Qualitäts ausbeute der Halbleiterbauelemente äußerst anfällig, da das Substrat mit einer Vielzahl von Fremdstoffen in Berüh rung kommt, so daß eine Vielzahl von Verunreinigungsmög lichkeiten besteht, welche letztlich die Qualität der Halbleiterbauelemente beeinträchtigen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ver fahren zum Auftragen strukturierter Schichten eines Halb leiterbauelements zu schaffen, mit welchem die Herstellung strukturierter Schichten einer Funktionsstruktur eines Halbleiterbauelements möglichst einfach und möglichst wenig anfällig hinsichtlich der Qualität der Halbleiter bauelemente durchführbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs be schriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Materialfilm über einem mit der strukturierten Schicht zu versehenden Oberflächenbereich eines Prozeßsubstrats ange ordnet wird, daß der Materialfilm auf seiner dem Prozeß substrat abgewandten Seite mit einem entsprechend der her zustellenden strukturierten Schicht definiert positionier ten Fokus eines Laserstrahls beaufschlagt wird und daß mit dem Laserstrahl im Bereich des Fokus das Material im Materialfilm erhitzt und damit vom Fokusbereich Material aus dem Materialfilm zu dem Oberflächenbereich wandert.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß mit diesem ein Auftragen von Material aus dem Materialfilm an genau definierten Stellen des Oberflächen bereichs des Prozeßsubstrats möglich ist, wobei die ein zelnen Stellen durch die definierte Positionierung des Fokus in einfacher Weise vorgebbar sind.

Der Materialfilm kann dabei in unterschiedlichster Weise bereitgestellt werden. So sieht ein besonders vorteil haftes Ausführungsbeispiel vor, daß der Materialfilm von einer selbsttragenden Folie gebildet wird, deren Material dann auf den Oberflächenbereich des Prozeßsubstrats aufge tragen wird.

In diesem Fall ist es besonders vorteilhaft, wenn auf der Rückseite der Folie mittels des Laserstrahls ein Plasma erzeugt wird, welches Folienmaterial auf der Vorderseite der Folie auf das Prozeßsubstrat beschleunigt. Dabei wird insbesondere bei der Erzeugung des Plasmas in der Folie ein Druckstoß erzeugt, welcher durch die gesamte Folie hindurchwirkt und auf der Vorderseite der Folie zur Be schleunigung des Folienmaterials in Richtung auf das Pro zeßsubstrat führt.

Alternativ zum Vorsehen des Materialfilms in Form der selbsttragenden Folie ist bei einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung vorge sehen, daß der Materialfilm auf einem für den Laserstrahl durchlässigen Träger angeordnet ist. Dieses Ausführungs beispiel bietet den großen Vorteil, daß der Materialfilm selbst keine Eigenstabilität mehr zu haben braucht, wie bei der Folie, sondern daß nun durch den für den Laser strahl durchlässigen Träger die Formstabilität hinsicht lich der genauen Positionierung erreichbar ist, so daß der Materialfilm erheblich dünner gewählt sein kann.

Der Träger kann beispielsweise eine durchsichtige Folie sein, auf welcher der Materialfilm angeordnet ist. Noch vorteilhafter ist es jedoch, wenn der Träger ein transparentes formsteifes Element ist, da dieses Element aufgrund seiner eigenen Formsteifigkeit und somit der Materialfilm leichter zu positionieren und zu bewegen sind.

Im Fall der Verwendung eines auf einem Träger angeordneten Materialfilms ist bei einem besonders bevorzugten Ausfüh rungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung vorgesehen, daß mit dem Laserstrahl ein eine Dicke des Materialfilms durchsetzendes Plasma erzeugt wird. Damit ist ein anderer Prozeß für die Beschleunigung von Teilchen des Material films in Richtung des Prozeßsubstrats gewählt. Bei diesem Prozeß breitet sich das Plasma aus dem Fokusbereich in Richtung des Prozeßsubstrats, vorzugsweise in einer Keule senkrecht zu einer dem Prozeßsubstrat zugewandten Ober fläche des Materialfilms, aus, so daß vorzugsweise in einem dem Fokusbereich gegenüberliegenden Bereich des Prozeßsubstrats ein Auftragen von Material aus dem Materialfilm erfolgt.

Vorzugsweise ist bei diesem Ausführungsbeispiel vorge sehen, daß der Materialfilm eine Dicke von weniger als 100 nm aufweist. Besonders vorteilhaft ist dabei eine Dicke von ungefähr 5 bis ungefähr 30 nm.

Vorzugsweise ist dabei die Laserleistung so gewählt, daß das Plasma in einer Filmebene mit einer ungefähr dem Fokus entsprechenden Ausdehnung erzeugt wird.

Vorzugsweise wird der Fokus in der Filmebene so gewählt, daß er einen geringeren Durchmesser als eine Dimension der aufzutragenden strukturierten Schicht in einer zur Filmebene parallelen Ebene aufweist. Dies hat den großen Vorteil, daß die strukturierte Schicht mit sehr hoher Genauigkeit erzeugt werden kann, da deren Dimensionen durch mehrfaches Nebeneinanderauftragen von Material aus dem Fokusbereich auf das Prozeßsubstrat erzeugt werden.

Darüberhinaus ist es vorteilhaft, wenn die strukturierte Schicht durch übereinanderliegendes Auftragen von Material aus dem Fokusbereich des Materialfilms auf das Prozeßsub strat hergestellt wird. Dies gibt die Möglichkeit, trotz des sehr dünnen Materialfilms wesentlich dickere Schichten auf dem Prozeßsubstrat aufzutragen.

Hinsichtlich des verwendeten Lasers wurden bislang keine Angaben gemacht. So ist es besonders vorteilhaft, wenn der Laserstrahl aus einer Vielzahl zeitlich aufeinander folgender Laserpulse aufgebaut ist. Vorzugsweise folgen diese Laserpulse mit einer Repetitionsrate im Bereich von ungefähr 10 kHz aufeinander.

Dabei hat sich eine Führung des Verfahrens als besonders zweckmäßig erwiesen, bei welcher bei jedem Laserpuls ein Übertragen eines Fokusbereichs des Materialfilms auf das Prozeßsubstrat durchgeführt wird, so daß eine erneute Positionierung des Fokus von Laserpuls zu Laserpuls auf dem Materialfilm erfolgt.

Besonders vorteilhaft ist es dabei hinsichtlich eines möglichst effektiven Schichtauftrags, wenn die Fokus bereiche aufeinanderfolgender Laserpulse nicht überlappend auf dem Materialfilm positioniert werden, so daß damit mit jedem Laserpuls ein vollflächiger Übertrag von Material aus dem Materialfilm im Fokusbereich erfolgt.

Besonders vorteilhaft ist es, insbesondere um den Mate rialfilm optimal auszunützen, wenn die Fokusbereiche auf einander folgender Laserpulse nebeneinanderliegend auf dem Materialfilm positioniert werden.

Im Rahmen der Erläuterung der bisherigen Ausführungsbei spiele wurde nichts darüber ausgesagt, wie vorteilhafter weise der Aufbau einer strukturierten Schicht durchgeführt wird. So ist es besonders vorteilhaft, wenn der Fokus von Laserpuls zu Laserpuls relativ zum Materialfilm bewegt wird und wenn nach einer vorgebbaren Anzahl von Laser pulsen der Materialfilm relativ zum Prozeßsubstrat bewegt wird, wobei entweder eine Bewegung des Materialfilms bei stehendem Prozeßsubstrat oder eine Bewegung des Prozeßsub strats relativ zum Materialfilm erfolgen kann.

Dies würde bedeuten, daß - insbesondere bei einem sehr dünnen Materialfilm zunächst zumindest ein Teilbereich der strukturierten Schicht in Form einer dünnen Teilschicht mit der gewünschten Dimension aufgetragen wird und dann eine Relativbewegung zwischen Materialfilm und Prozeßsub strat erfolgt, um auf dieser eine weitere dünne Teil schicht aufzutragen.

Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn der Materialfilm in einem Abstand von dem Oberflächenbereich des Prozeßsub strats angeordnet wird, welcher kleiner als das 10fache eines Durchmessers des Fokus ist.

Um eine möglichst gute Abbildungsqualität zu erhalten, ist ferner vorgesehen, daß der Abstand des Materialfilms von der Oberfläche des Prozeßsubstrats weniger als 100 µm be trägt. Vorzugsweise ist der Materialfilm in einem Abstand von weniger als 10 µm von der Oberfläche des Prozeßsub strats angeordnet. Noch vorteilhafter ist es, wenn der Ab stand noch geringer ist und beispielsweise im Extremfall der Materialfilm im wesentlichen auf der Oberfläche des Prozeßsubstrats aufliegt.

Besonders bei Verwendung eines transparenten Trägers als Träger für den Materialfilm hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn auf einer dem Materialfilm abgewandten Seite des transparenten Trägers eine Fokussieroptik für den Laserstrahl angeordnet wird.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Fokussieroptik mittels einer Immersionsflüssigkeit an die transparente Platte angekoppelt wird, so daß die Möglichkeit einer Fokussierung auf einen Fokus besteht, dessen Dimension kleiner als die Wellenlänge des Laserstrahls sein kann. Dieses Ausführungsbeispiel bietet insbesondere den Vor teil, sehr feine und präzise strukturierte Schichten her zustellen.

Alternativ zum Vorsehen einer transparenten Platte, bei welcher die Fokussieroptik mittels einer Inversions flüssigkeit an diese angekoppelt ist, ist es vorteilhaft, wenn die Fokussieroptik in optischem Kontakt reflektions frei auf dem Träger angeordnet wird, das heißt die Fokus sieroptik und der Träger eine Einheit bilden, so daß die Inversionsflüssigkeit entfallen kann.

Dies ist insbesondere dadurch möglich, daß die Fokussier optik einstückig mit dem Träger verbunden wird.

Vorzugsweise läßt sich bei einer derartigen Ausführung von Fokussieroptik und Träger das erfindungsgemäße Verfahren derart durchführen, daß vor einem Auftragen von Material aus dem Materialfilm auf das Prozeßsubstrat der Material film selbst auf den Träger mittels des zum Auftragen der strukturierten Schicht verwendeten Lasers aufgetragen wird. Der große Vorteil dieser Lösung ist somit darin zu sehen, daß der zum Auftragen der strukturierten Schicht verwendete Laserstrahl gleichzeitig dazu eingesetzt werden kann, den Materialfilm selbst auf den Träger aufzubringen, während bei den bislang beschriebenen Ausführungsbei spielen der erfindungsgemäßen Lösung keine Spezifizierung dahingehend erfolgte, wie der Materialfilm auf den Träger aufzubringen ist. Dies ist bei den bislang beschriebenen Ausführungsbeispielen beispielsweise durch übliche Auf dampfverfahren oder auch Laserbeschichtungsverfahren denk bar.

Besonders vorteilhaft ist es bei dem vorstehend beschrie benen Ausführungsbeispiel, wenn der Laserstrahl zum Auf tragen des Materials auf den Träger diesen durchstrahlt, das heißt die gleiche Anordnung von Träger und Laserstrahl zueinander verwendet wird wie beim Auf tragen der strukturierten Schicht auf das Prozeßsubstrat.

Vorzugsweise ist dabei der Träger zum Auftragen des Ma terialfilms im Abstand von einer Oberfläche eines Mate rialtargets angeordnet, so daß bei Durchstrahlen des Trä gers mittels des Laserstrahls der Laserstrahl auf die Oberfläche des Materialtargets trifft.

Vorzugsweise ist der Abstand so gewählt, daß er mehr als 1 mm, insbesondere einige Millimeter beträgt.

Eine besonders vorteilhafte Beschichtung des Trägers sieht vor, daß das Material des Materialtargets von dem Laser strahl oberflächlich erhitzt wird, sich in Richtung des Trägers ausbreitet und sich auf dem Träger in einem Nie derschlagsbereich niederschlägt. Bei dieser erfindungsge mäßen Lösung ist also somit nicht der ganze Träger mit dem Materialfilm versehen, sondern nur im Niederschlagsbe reich.

Besonders vorteilhaft läßt sich eine derartige Beschich tung des Trägers dann erreichen, wenn der Laserstrahl beim Aufbringen des Materialfilms auf eine Oberfläche des Materialtargets fokussiert wird.

Bei dieser erfindungsgemäßen Lösung wird nun nach dem Be schichten des Trägers mit dem Materialfilm das Auftragen der strukturierten Schicht in gleicher Weise wie bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren mit Träger durchgeführt, das heißt der Laserstrahl wird nach dem Auf tragen des Materialfilms auf dem Träger wieder so fokus siert, daß vorzugsweise ein Fokus desselben ungefähr in der Ebene des Materialfilms oder auf der dem Laserstrahl zugewandten Oberfläche des Materialfilms liegt.

Da bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens Träger und Fokussieroptik eine Einheit bilden, ist eine Relativbewegung des Trägers zur Fokussierung nicht mehr möglich. Um trotzdem das ge samte Material des Materialfilms im Niederschlagsbereich zum Aufbringen der strukturierten Schicht verwenden zu können, ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß der Fokus des Laserstrahls zum strukturierten Auftragen des Mate rials von dem Materialfilm auf das Substrat relativ zum Träger bewegt wird.

Dies läßt sich insbesondere vorteilhaft dadurch erreichen, daß der Fokus durch Relativbewegung des Laserstrahls zum Träger und zur Fokussieroptik bewegt wird, wobei insbeson dere der Träger und die Fokussieroptik eine gemeinsam be wegte Einheit bilden.

Hinsichtlich der Zusammensetzung des Materialfilms wurden bislang keine näheren Angaben gemacht. So ist es besonders vorteilhaft, wenn der Materialfilm eine für die struk turierte Schicht der Funktionsstruktur funktionsfertige Materialzusammensetzung aufweist, so daß nach dem Auf tragen der strukturierten Schicht mit dem Materialfilm die funktionsfertige Schicht vorliegt und beispielsweise keine nachträgliche Dotierung derselben erfolgen muß.

Hinsichtlich der Umgebungsbedingungen für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurden bislang keine weiteren Angabe gemacht. So sieht ein besonders vorteil haft Ausführungsbeispiel vor, daß bei dem erfindungsge mäßen Verfahren unter Hochvakuum oder unter Ultrahochva kuum durchgeführt wird, da insbesondere damit die erfor derliche Qualität der Halbleiterbauelemente in einfacher Weise erreichbar ist und außerdem die hinsichtlich der Verunreinigungen großen Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung in vollem Umfang zum Tragen kommen.

Darüberhinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Auftragen strukturierter Schichten einer Funktionsstruktur eines Halbleiterbauelements, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß diese einen über einen mit der strukturierten Schicht zu versehenden Oberflächenbereich eines Prozeßsub strats positionierbaren Materialfilm aufweist, daß der Materialfilm auf seiner dem Prozeßsubstrat abgewandten Seite mit einem entsprechend der herzustellenden struktu rierten Schicht definiert positionierten Fokus eines Laserstrahls eines Lasers beaufschlagbar ist und daß mit dem Laserstrahl im Bereich des Fokus das Material im Materialfilm erhitzbar und damit vom Fokusbereich Material aus dem Materialfilm auf den Oberflächenbereich übertrag bar ist.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist in gleicher Weise wie beim erfindungsgemäßen Verfahren darin zu sehen, daß hiermit in einfacher Weise eine strukturierte Schicht definiert auf einem Prozeßsubstrat auftragbar ist.

Weitere vorteilhafte Ausführungsbeispiele der erfindungs gemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der weiteren Unteran sprüche 34 bis 44 und im übrigen sind noch weitere vor teilhafte Merkmale der erfindungsgemäßem Vorrichtung be reits im Zusammenhang mit der vorstehenden Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargelegt, so daß insbeson dere auf die Vorteile, die mit den weiteren Ausführungs beispielen erzielbar sind, auf die vorstehenden Ausfüh rungen vollinhaltlich Bezug genommen wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegen stand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichne rischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele der er findungsgemäßen Lösung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung eines ersten Ausführungsbei spiels einer erfindungsgemäßen Beschichtungs station zum Auftragen von strukturierten Schichten;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer strukturier ten Schicht;

Fig. 3 eine vergrößerte ausschnittsweise Darstellung der Verhältnisse im Bereich eines Fokus in Fig. 1;

Fig. 4 eine Darstellung eines zweiten Ausführungsbei spiels zum Auftragen einer strukturierten Schicht;

Fig. 5 eine schematische Darstellung von Verhältnissen der strukturierten Schicht beim Auftragen gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel entsprechend Fig. 4;

Fig. 6 eine vergrößerte ausschnittsweise Darstellung im Bereich des Fokus bei einer ersten Variante des zweiten Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 4;

Fig. 7 eine Darstellung ähnlich Fig. 6 einer zweiten Variante des zweiten Ausführungsbeispiels beim Herstellen des Materialfilms und

Fig. 8 eine Darstellung der zweiten Variante beim Her stellen einer strukturierten Schicht.

Bei einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lösung, dargestellt in Fig. 1, erfolgt eine struktu rierende Beschichtung eines Prozeßsubstrats 12 beispiels weise in Form von einzelnen Bahnen in einer Beschichtungs vorrichtung 10 für strukturierte Schichten.

Wie in Fig. 1 dargestellt, ist das Prozeßsubstrat 12 mit den aufgetragenen Schichten auf einem Substratträger 16 gehalten, welcher seinerseits auf einer Grundeinheit 18 in einer X- und einer Z-Richtung verschiebbar ist, wobei eine Oberfläche 20 der Funktionsstruktur 26 parallel zu der XZ-Ebene verläuft.

Die Grundeinheit 18 weist hierzu einen Antrieb 22 auf, mit welchem das Prozeßsubstrat 12 mitsamt seiner Funktions struktur exakt in der XZ-Ebene positionierbar ist.

Auf die Oberfläche 20 ist eine einen Materialfilm bildende Metallfolie 24 auflegbar, deren Material strukturiert, das heißt beispielsweise streifenförmig oder mäanderförmig auf die Oberfläche 20 aufmetallisierbar sein soll.

Die Metallisierung stellt dabei ein Ausführungsbeispiel für das Auftragen strukturierter Schichten dar. In gleicher Weise können die beschriebenen Ausführungsbei spiele auch zum Auftragen strukturierter Halbleiter schichten dienen, wobei der Materialfilm dann Halbleiter material in der jeweils gewünschten Zusammensetzung und Dotierung umfaßt.

Diese Metallfolie 24 hat vorzugsweise eine Dicke von weniger als 5 Mikrometern.

Ferner ist diese Folie 24 beispielsweise an einem Außen rand 26 eines Halterings 28 fixiert und frei zwischen dem rings umlaufenden Außenrand 26 mit einem freien Bereich 30 gespannt. Dieser freie Bereich ist auf die Oberfläche 20 auflegbar. Ferner ist der Haltering 28 mit einer Stellein richtung 32 auf die Oberfläche 20 zu- oder von dieser weg bewegbar, so daß die gesamte Folie 24 nach Positionieren des Prozeßsubstrats 12b durch Bewegen des Halterings 28 mittels der Stelleinrichtung 32 auf die Oberfläche 20 zu, beispielsweise mit einem geringen Ab stand von wenigen, im von der Oberfläche 20 positionierbar oder unmittelbar mit ihrer Vorderseite 34 auf dieser auf legbar ist.

Ist die Folie 24 mit ihrer Vorderseite 34 wie dargelegt relativ zur Oberfläche 20 der Funktionsstruktur 26 posi tioniert, so erfolgt die Metallisierung von beispielsweise einem in Fig. 2 dargestellten Streifen 36 auf der Ober fläche 20 durch Bestrahlen einer Rückseite 38 der Folie 24 mittels des Laserstrahls 44, wobei der Laserstrahl 44 mit einem Abschnitt 44b auf einen Fokus 40 auf der Rückseite 38 der Folie 24 fokussiert ist. Hierzu ist eine Abbil dungsoptik 42 vorgesehen, die ihrerseits ebenfalls in einer XZ-Ebene mittels eines Doppelschlittensystems 45 positionierbar ist. Diese Abbildungsoptik 42 umfaßt einen Umlenkspiegel 46 für einen parallel zur XY-Ebene an kommenden Abschnitt 44a des Laserstrahls 44 sowie eine danach angeordnete Linse 48, welche den Abschnitt 44b des Laserstrahls 44 auf den Fokus 40 fokussiert. Der Laser strahl 44 wird vorzugsweise erzeugt durch einen schema tisch dargestellten Laser 50.

Die Metallisierung der Oberfläche 20 erfolgt nun dadurch, daß im Fokus 40 aus dem Material der Folie 24 ein Plasma erzeugt wird, dessen Plasmateilchen sich einerseits längs der Pfeile 52 in Richtung auf die Abbildungsoptik 42 be wegen (Fig. 3), wobei dies vorzugsweise Teilchen aus auf der Rückseite 38 liegendem Material der Folie 24 sind.

Dies führt zwangsläufig dazu, daß auf der Vorderseite 34 der Folie 24 liegendes Material oder liegende Teilchen durch einen bei der Plasmaerzeugung entstehenden Druckstoß in Richtung von Pfeilen 54 beschleunigt werden, dabei auf der Oberfläche 20 des Prozeßsubstrats auftreffen und auf dieser fixiert werden.

Durch Bewegen des Fokus 40 relativ zur Folie 44 lassen sich somit beliebige Streifen 36 oder auch runde metalli sierte Bereiche 56 auf der Oberfläche 20 erzeugen, wobei auch die Erzeugung komplizierterer Strukturen, beispiels weise komplizierter Leiterbahnstrukturen, auf der Ober fläche 20 möglich ist.

Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsge mäßen Beschichtungsvorrichtung 10, dargestellt in Fig. 4 tritt an die Stelle der Folie 24 eine transparente Platte 60, auf deren Vorderseite 62, das heißt der der Oberfläche 20 zugewandten Seite, als Materialfilm ein Metallfilm 64 aufgetragen, das heißt beispielsweise aufgedampft, ist, welcher eine Dicke in der Größenordnung eines Absorptions tiefe der Laserstrahlung in diesem Metallfilm 64 aufweist. Diese Dicke beträgt insbesondere weniger als 0,1 µm, vor zugsweise 30 nm oder weniger.

Die transparente Platte 60 ist in gleicher Weise von dem Haltering 28 getragen und mittels der Stelleinrichtung 32 in gleicher Weise wie die Folie 24 relativ zu der Ober fläche 20 bewegbar. Der Laserstrahl 44b wird dabei auf eine Rückseite 66 des Metallfilms 64, das heißt die auf der transparente Platte 60 aufliegende Seite, fokussiert und erzeugt beim Auftreffen auf derselben ein Plasma aus dem Material des Metallfilms 64, so daß ebenfalls Teile des Materials des Metallfilms 64, insbesondere auf einer Vorderseite 68 desselben in Richtung des Pfeils 70 auf die Oberfläche 20 beschleunigt werden, auf dieser auftreffen und dadurch fixiert werden.

Der Vorteil dieses Ausführungsbeispiels liegt darin, daß dieses die Möglichkeit schafft, den Metallfilm dünner als die Folie 24 auszuführen, beispielsweise so dünn, daß sich das Plasma durch die Dicke des Metallfilms 64 hindurch er streckt, so daß sich Teilchen aus dem Plasma auf der Ober fläche 20 niederschlagen und eine Teilschicht bilden, die im Bereich weniger nm liegt, so daß zum Aufbau einer größeren Schichtdicke mehrere Teilschichten aufeinander zu legen sind.

Darüber hinaus ist insbesondere zum Aufbringen dicker Metallisierungen vorgesehen, mehrere Metallisierungs schichten übereinander aufzutragen, das heißt beispiels weise eine erste Teilschicht aufzutragen, dann die trans parente Platte 60 mit dem Metallfilm 64 soweit zu ver schieben, daß eine zweite und gegebenenfalls eine dritte Teilschicht aufgetragen werden kann.

Um für die Metallisierung die gesamte Fläche der Folie 24 oder des Metallfilms 64 auszunützen, ist der Laserstrahl 44b durch Verfahren der Abbildungsoptik 42 im wesentlichen über den gesamten inneren Bereich des Halterings 28 verfahrbar. Darüberhinaus ist zusätzlich noch das Prozeßsubstrat 12 mit der Funktionsstruktur 26 ebenfalls verfahrbar, so daß sukzessive zunehmende Bereiche der Folie 24 oder des Metallfilms 64 zur Metallisierung der Oberfläche 20 herangezogen werden können, wobei eine mög lichst effektive Ausnützung des freien Bereichs 30 der Folie 24 oder des Metallfilms 64 erfolgt.

Hierzu ist eine Steuerung 72 vorgesehen, welche sowohl die Bewegung des Laserstrahls 44b als auch die Relativbewegung des Substrats 12 mit der Funktionsstruktur 26 steuert und insbesondere abspeichert, welche Bereiche der Folie 24 oder des Metallfilms 64 bereits durch Plasmaerzeugung ver dampft sind und somit nicht für die weitere strukturierte Metallisierung zur Verfügung stehen, so daß ein möglichst effektiver Verbrauch des Materials der Folie 44 oder des Metallfilms 64 erfolgt.

Vorzugsweise hat - wie in Fig. 5 dargestellt - der Fokus einen Durchmesser D, welcher kleiner ist als eine Breite B einer zu metallisierenden Struktur, beispielsweise des Streifens 36, so daß die aufzubringende Struktur durch Mehrfachauftragung der Metallisierung jeweils mit dem Durchmesser D des Fokus 40 erfolgt.

Bei einer Variante des zweiten Ausführungsbeispiels, dar gestellt in Fig. 6, ist auf der transparenten Platte 16 ein zusätzliches Fokussierelement 74 angeordnet, welches eine erste fokussierende Linse 76 und eine zweite fokus sierende Linse 78 aufweist, wobei die zweite fokussierende Linse mit einer flachen Unterseite 80 auf einer dem Metallfilm 64 abgewandten Rückseite 82 der transparenten Platte 60 aufliegt, wobei zwischen der Unterseite 80 und der Rückseite 82 eine Immersions flüssigkeit 84 angeordnet ist. Die erste Linse 76 bündelt bereits den Laserstrahl 44b und bildet diesen auf die zweite Linse 78 ab, wobei dadurch, daß der Laserstrahl auf die zweite Linse folgend stets in Material mit einer Brechzahl größer 1 verläuft, eine weitere Fokussierung auf einen Fokus 40′ erfolgt, welcher kleiner als die Wellen länge des Laserstrahls sein kann. Somit können besonders kleine Strukturen erzeugt werden.

Das Fokussierelement 74 ist dabei seinerseits in einem Gehäuse 86 gehalten und mit dem Laserstrahl 44b, das heißt mit dem Schlittensystem 44 ebenfalls mitbewegt, wobei die zweite Linse 78 sozusagen auf der Immersionsflüssigkeit 84 bei der Relativbewegung des Laserstrahls 44b zur transpa renten Platte 60 schwimmt.

Bei einer zweiten Variante des zweiten Ausführungsbei spiels, dargestellt in Fig. 7 und 8 ist das Fokussier element 44, welches bei der ersten Variante zum Einsatz kommt, ebenfalls verwendet. Im Gegensatz zur ersten Variante sitzt die zweite Linse 78 des Fokussierelements unmittelbar und in optischem Kontakt, das heißt reflek tionsfrei auf dem Träger 60′, welcher bei dieser zweiten Variante vorzugsweise lediglich eine Größe aufweist, die einem Durchmesser der Unterseite 80 der zweiten Linse 78 entspricht.

Im Gegensatz zur ersten Variante, in welcher von einem mit dem Metallfilm 64 beschichteten Träger 60 ausgegangen wird, wobei über das Auftragen des Metallfilms 64 auf den Träger 60 keinerlei Angaben gemacht werden und die somit beliebig, beispielsweise durch konventionelles Aufdampfen erfolgen kann, erfolgt bei der zweiten Variante, wie in Fig. 7 dargestellt, ein Auftragen des Metallfilms 64 auf dem Träger mittels des zum Auftragen der strukturierten Schicht verwendeten Laserstrahls.

Hierzu wird der Laserstrahl 44b, wie in Fig. 7 darge stellt, durch Einfügen einer Aufweitlinse 88 derart auf geweitet, daß er auf einen Bestrahlungsfleck 94 eines Materialtargets 90 dann im wesentlichen fokussiert ist, wenn der Träger 60′ mit seiner Vorderseite 62′ in einem Abstand von einigen Millimetern von einer Oberfläche 92 des Materialtargets positioniert ist.

Im Bestrahlungsfleck 94 wird somit das Material des Materialtargets erhitzt, vorzugsweise zu einem Plasma, welches sich in Form einer Keule 96 in Richtung des Trägers 60′ ausbreitet und sich als Metallfilm 64′ auf der Vorderseite 62′ niederschlägt und zwar in einem durch einen Querschnitt der Keule 96 bestimmten Niederschlags bereich 98.

Nach der Beschichtung der Vorderseite 62′ des Trägers 60′ im Niederschlagsbereich 98 wird der Träger 60′, wie in Fig. 8 dargestellt, über das Prozeßsubstrat 12b bewegt und dort in einem Abstand über der Oberfläche des Prozeßsub strats 12 in der bereits vorstehend beschriebenen Weise positioniert.

Darüberhinaus wird die Aufweitlinse 88 entfernt, so daß der Laserstrahl 44b nunmehr - wie bereits im Zusammenhang mit der ersten Variante beschrieben - auf den Fokus 40′ fixiert ist, welcher ungefähr in der Ebene des Material films 64′ liegt.

Somit wird mittels des nunmehr in gleicher Weise wie bei der ersten Variante fokussierten Laserstrahls 44b durch Erzeugung eines Plasmas ein Auftrag einer strukturierten Schicht auf der Oberfläche 20 des Prozeßsubstrats ermög licht, der bereits detailliert im Zusammenhang mit dem zweiten Ausführungsbeispiel und dessen erster Variante beschrieben wurde, so daß hierauf vollinhaltlich Bezug genommen wird.

Darüberhinaus wird, um nun in dem gesamten Niederschlags bereich 98 den Metallfilm 64′ abzutragen, durch verschie ben des Laserstrahls 44b relativ zum Träger 60′ und dem gesamten Fokussierelement 74 der Fokus 40′ innerhalb des Niederschlagsbereichs 98 bewegt, so daß der gesamte Nie derschlagsbereich 98 zum Auftrag von Teilen einer struk turierten Schicht auf der Oberfläche 20 des Prozeßsub strats 12b eingesetzt werden kann und erst nach Abtragen des gesamten Niederschlagsbereichs 98 erneut der Metall film 64′ in der im Zusammenhang mit Fig. 7 beschriebenen Weise aufgetragen wird.

Damit ist mit dem einmaligen Auftragen eines Metallfilms 64′ im Niederschlagsbereich 98 ein mehrfaches strukturier tes Auftragen von Schichten auf der Oberfläche 20 des Prozeßsubstrats 12b möglich, bevor wieder erneut ein Auf tragen des Metallfilms 64′ in der Niederschlagsfläche 98 erfolgen muß.

Als Laser kommt vorzugsweise ebenfalls ein Laser mit einer Pulsdauer von 1 bis 100 Pikosekunden zum Einsatz, wobei die Wellenlänge zwischen ungefähr 0,2 und 1,2 µm liegt und eine Lichtdichte von größer 10⁸ w/cm², vorzugsweise um 10⁹, aber maximal 10¹⁰ w/cm² im Bereich des Fokus 40 beim zweiten und dritten Ausführungsbeispiel und beim ersten Ausführungsbeispiel vorzugsweise mehr als 10¹⁰ w/cm².

Die Metallisierung wird bei allen Ausführungsbeispielen vorzugsweise im Hochvakuum durchgeführt, so daß die ge samte vorstehend beschriebene Anordnung in einem Gehäuse 74 angeordnet ist, das über Schleusen 76 und 78 zugänglich ist.

In diesem Fall müssen beim ersten Ausführungsbeispiel zur Verhinderung einer Verschmutzung der Abbildungsoptik 42 durch die Folie 24 Maßnahmen getroffen sein. Beispiels weise ist die Abbildungsoptik 42 mit einem um den Laser strahl 44b herumverlaufenden Teilchenauffangschild 58 ver sehen, zwischen welchem und der Folie 24 sich ein elek trisches Feld 59 ausbildet, längs welchem bei Erzeugung eines Plasmas sich die Teilchen bewegen, so daß eine Ver schmutzung insbesondere der Linse 48 verhindert wird.

Alternativ dazu ist es denkbar, einen den Laserstrahl 44b durchsetzenden Schutzgasstrom vorzusehen.

Diese Maßnahmen erübrigen sich bei dem zweiten, in Fig. 4 beschriebenen Ausführungsbeispiel, da durch die transpa rente Platte zwangsläufig ein Schutz der Abbildungsoptik 42 gewährleistet ist.

Ein geeignetes Lasersystem ist beispielsweise ein übliches Pikosekundenpulse mit der angegebenen Leistung erzeugendes System. Vorzugsweise ist ein Lasersystem einzusetzen, welches aus dem deutschen Patent 40 22 817 bekannt ist.

Claims

1. Verfahren zum Auftragen strukturierter Schichten einer Funktionsstruktur eines Halbleiterbauelements, dadurch gekennzeichnet, daß ein Materialfilm über einem mit der strukturierten Schicht zu versehenden Oberflächenbereich eines Prozeßsubstrats angeordnet wird, daß der Materialfilm auf seiner dem Prozeßsub strat abgewandten Seite mit einem entsprechend der herzustellenden strukturierten Schicht definiert positionierten Fokus eines Laserstrahls beaufschlagt wird und daß mit dem Laserstrahl im Bereich des Fokus das Material im Materialfilm erhitzt und damit vom Fokusbereich Material aus dem Materialfilm zu dem Oberflächenbereich wandert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Materialfilm von einer selbsttragenden Folie gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Rückseite der Folie mittels des Laser strahls ein Plasma erzeugt wird, welches Folien material auf der Vorderseite der Folie auf das Pro zeßsubstrat beschleunigt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Materialfilm auf einem für den Laserstrahl durchlässigen Träger angeordnet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Träger ein formsteifes Element verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn zeichnet, daß mit dem Laserstrahl ein eine Dicke des Materialfilms durchsetzendes Plasma erzeugt wird.

7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasma in einer Film ebene mit einer ungefähr dem Fokus entsprechenden Ausdehnung erzeugt wird.

8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Fokus in der Film ebene so gewählt wird, daß er einen geringeren Durch messer als eine Dimension der aufzutragenden struk turierten Schicht in einer zur Filmebene parallelen Ebene aufweist.

9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die strukturierte Schicht durch übereinanderliegendes Auftragen von Material aus dem Fokusbereich des Materialfilms auf das Pro zeßsubstrat hergestellt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die strukturierte Schicht durch mehrfaches Auf tragen von strukturierten Teilschichten hergestellt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn zeichnet, daß jede strukturierte Teilschicht durch nebeneinanderliegendes Auftragen von Material aus den Fokusbereichen hergestellt wird.

12. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl aus einer Vielzahl zeitlich aufeinanderfolgender Laserpulse besteht.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem Laserpuls eine Übertragung eines Fokus bereiches des Materialfilms auf das Prozeßsubstrat durchgeführt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekenn zeichnet, daß die Fokusbereiche aufeinanderfolgender Laserpulse nicht überlappend auf dem Materialfilm positioniert werden.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokusbereiche aufeinander folgender Laserpulse nebeneinanderliegend auf dem Materialfilm positioniert werden.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Fokus von Laserpuls zu Laser puls relativ zum Materialfilm bewegt wird.

17. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Materialfilm relativ zum Prozeßsubstrat bewegt wird.

18. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Materialfilm in einem Abstand von dem Oberflächenbereich des Prozeßsub strats angeordnet wird, welcher kleiner ist als das Zehnfache eines Durchmessers des Fokus.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer dem Materialfilm abge wandten Seite des transparenten Trägers eine Fokus sieroptik für den Laserstrahl angeordnet wird.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussieroptik mittels einer Immersions flüssigkeit an den transparenten Träger angekoppelt wird.

21. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussieroptik in optischem Kontakt reflexionsfrei auf dem Träger angeordnet wird.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussieroptik einstückig mit dem Träger verbunden wird.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß vor einem Auftragen von Material aus dem Materialfilm auf das Prozeßsubstrat der Materialfilm selbst auf den Träger mittels des zum Auftragen der strukturierten Schicht verwendeten Lasers aufgetragen wird.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl zum Auftragen des Materials auf den Träger diesen durchstrahlt.

25. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekenn zeichnet, daß der Träger zum Auftragen des Material films im Abstand von einer Oberfläche eines Material targets angeordnet wird.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand einige Millimeter beträgt.

27. Verfahren nach Anspruch 23 bis 26, dadurch gekenn zeichnet, daß das Material des Materialtargets ober flächlich erhitzt wird, sich in Richtung des Trägers ausbreitet und sich auf dem Träger niederschlägt.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl auf eine Ober fläche des Materialtargets fokussiert wird.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Fokus des Laserstrahls zum strukturierten Auftragen des Materials von dem Materialfilm auf das Substrat relativ zum Träger bewegt wird.

30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Fokus durch Relativbewegung des Laserstrahls zum Träger und zur Fokusieroptik bewegt wird.

31. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Materialfilm eine für die strukturierte Schicht der Funktionsstruktur funktionsfertige Materialzusammensetzung aufweist.

32. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Auftragen der struk turierten Schicht unter Hochvakuum oder Ultrahochva kuum durchgeführt wird.

33. Vorrichtung zum Auftragen strukturierter Schichten einer Funktionsstruktur eines Halbleiterbauelements, dadurch gekennzeichnet, daß diese einem über einem mit der strukturierten Schicht zu versehenden Ober flächenbereich eines Prozeßsubstrats (12) positio nierbaren Materialfilm (24, 64) aufweist, daß der Materialfilm (24, 64) auf seiner dem Prozeßsubstrat (12) abgewandten Seite mit einem entsprechend der herzustellenden strukturierten Schicht definiert positionierten Fokus (40) eines Laserstrahls (44) eines Lasers (50) beaufschlagbar ist und daß mit dem Laserstrahl (44) im Bereich des Fokus (40) das Material im Materialfilm (24, 64) erhitzbar und damit vom Fokusbereich Material aus dem Materialfilm (24, 64) auf den Oberflächenbereich (20) übertragbar ist.

34. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß der Materialfilm (24) eine selbsttragende Folie ist.

35. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Rückseite (38) der Folie (24) mittels des Laserstrahls (44) ein Plasma erzeugbar ist, welches Folienmaterial auf der Vorderseite (34) der Folie (24) auf das Prozeßsubstrat (12) beschleunigt.

36. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß der Materialfilm (64) auf einem für den Laser strahl (44) durchlässigen Träger (60) angeordnet ist.

37. Vorrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (60) ein formsteifes Element ist.

38. Vorrichtung nach Anspruch 36 oder 37, dadurch gekenn zeichnet, daß mit dem Laserstrahl (44) ein eine Dicke des Materialfilms (64) durchsetzendes Plasma erzeug bar ist.

39. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 38, da durch gekennzeichnet, daß auf einer dem Materialfilm (64) abgewandten Seite des transparenten Trägers (60) eine Fokussieroptik (74) für den Laserstrahl (44) angeordnet ist.

40. Vorrichtung nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussieroptik (74) mittels einer Immersions flüssigkeit (84) an den transparenten Träger (60) an gekoppelt ist.

41. Vorrichtung nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussieroptik (74) in optischem Kontakt reflexionsfrei auf dem Träger (60′) angeordnet ist.

42. Vorrichtung nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussieroptik (74) einstückig mit dem Träger (60′) verbunden ist.

43. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 42, da durch gekennzeichnet, daß der Materialfilm (64) eine für die strukturierte Schicht der Funktionsstruktur funktionsfertige Materialzusammensetzung aufweist.

44. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 43, da durch gekennzeichnet, daß das Auftragen der struk turierten Schicht unter Hochvakuum oder Ultrahoch vakuum erfolgt.