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Verfahren zur Herstellung von Dünnschichtstrukturen auf Substraten
und nach diesem Verfahren hergestellte Photomaske Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Herstellung haftfester Dünnschichtstrukturen auf einem Substrat. Des weiteren
betrifft die erfindung solche Dünnschichtstrukturen zur Verweiidung als Photomasken
bei der Herstcllung integrierter elektrischer Schaltungen und mittels solcher Photomasken
hergestellte integrierte Schaltungen.
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Integrierte elektrische Schaltungen bestehen aus einem Substrat, das
Leitungszüge, Widerstands- und Kondensatorschichten oder andere Schaltungsteile
trägt. Beispuelsweise die Beitungszüge können in der Weise hergestellt werden, daß
das Substrat erst mit einer Kupferschicht und anschließend mit einer Schicht eines
positiven oder negativen Photolackes bedeckt wird. Anschließend wird die Schicht
unter Zwischenfügung einer Photomaske belichtet, die z.B. bei Verwendung eines positiven
Photolackes ein lichtundurchlässiges Muster der Leitungszüge trägt und im übrigen
lichtdurchlässig ist.
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Dabei werden die belichteten Bereiche löslich und können mit einem
Entwickler entfernt werden Die dadurch unbedeckten Kupferschichtbereiche werden
dann weggeätzt, so daß nur die gewünschten Leitungszüge auf dem Substrat verbleiben.
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Ihre Genauigkeit hängt von der Qualität der Photomaske und dabei insbesondere
von der Haftfestigkeit der das Leitungsmuster bildenden Dünnschichtstruktur ab.
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Bekannt ist es, haftfeste Dünnschichtstrukturen mit Hilfe der Kathodenzerstäubung
herzustellen. Dabei Wird ein Netall, beispielsweise Chrom, in einer Glimmentladung
durch Ionenbeschuß zerstäubt und dann auf dem in der Nähe angeordneten Substrat
als dünne Schicht niedergeschlagen0 Anschließend wird mit Hilfe der bekannten Photolack-
und Ätztechnik eine Struktur in die aufgestäubte Metallschicht eingebracht. Dieses
Verfahren ist jedoch mit dem Nachteil verbunden, daß sich ein Haftfestes Material,
wie Chrom, einem Ätzangriff stark widersetzt. Deswegen werden der Ätzflüssigkeit
zur Beschleunigung des Ätzprozesses Zink oder Aluminium zugesetzt, was jedoch wiederum
den Nachteil hat, daß der Ätzangriff sehr ungleichmäßig wird und dadurch die Randsciieirfe
der geätzten Strukturen schlecht ist Bei einem anderen bekannten Verfahren wird
das Substrat mit einer dünnen Schicht eines lichtempfindlichen Lackes überzogen
und in diese durch Belichtung über eine Muttermaske und nachfolgende Entwicklung
des Lackes eine Struktur eingebracht. Einc solche Struktur kann auch durch Herstellung
eines verkleinerten Zwischenbildes eines Musters und verkleinernde Vielfachabbildung
des Zwischenbildes auf die Photolackschicht mit einer Schrittkamera ("Step- und
Repeatverfahren1) erzeugt werden. Anschließend wird das IIetall, beispielsweise
Chrom, aufgedampft, welches sich dann an den lackfreien Stellen direkt auf dem Substrat
befindet. Das beschichtete Substrat wird anschließend in einen Lacklösungsmittcl
der Einwirkung von Ultraschall ausgesetzt-, wobei sich der Photolack mit dem darüber
befindlichen IIetall ablöst, während das auf den lackfreien Stellen haftende Material
nicht abgehoben wird. Dieses Yerfahren weist jedoch ebenfalls einen Nachteil auf.
Beim Aufdampfen des Metalles wird nämlich Kondensationswärme frei, außerdem muß
zur Reinigung des Substrats vor dein Aufdampfen
noch einc Ecglimmung
durchgeführt werden. Die dabei entstehenden Warmemengen sind so groß, daß der Photolack
auf dein Substrat zu stark aushärtet und sich daher nur schlecht wieder vom Substrat
entfernen läßt. Als Folge davon ist die Randschärfe der erhaltenen Dünnschichtstrukturen
unbefriedigend, was sich insbesondere bei Streifenbreiten in der Größenordnung weniger
/um oder darunter störend bemerkbar macht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung
von haftfesten Dünnschichtstrukturen anzugeben, welches die Nachteile der bekannten
Verfahren vermeidet und u.a. zur Herstellung von Photomasken geeignet ist.
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Ausgehen von einem Verfahren zur-Herstellung haftfest'er Dünnschichtstrukturen
auf Substraten wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf das Substrat
eine erste, wieder gut entfernbare Materialschicht aufgebracht wird, daß diese erste
Materialschicht bereichsweise entfernt wird, daß auf das Substrat mit der verbliebenen
Struktur der ersten Materialschicht eine zweite, auf dem Substrat gut haftende Materialschicht
aufgebracht wird, und daß die Struktur der ersten Materialschicht zusammen mit der
sie bedeckenden Struktur der zweiten Materialschicht entfernt wird.
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Für die praktische Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist
es vorteilhaft, wenn als Substrat ein Glas verwendet wird.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn als erste
Materialschicht eine vom Substrat gut entfernbare und ätzbare Metallschicht, wie
im Hechvakuum aufgedampftes Kupfer einer Schichtstärke v-on beispielsweise etwa
2000 i, verwendet wird.
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Die bereichaweise Entfernung der ersten Materialschicht wird vorteilhafterweise
mittels der an sich bekannten Photolack- bzw filmtechnik und Ätztechnik vorgenommen.
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Vorteilhaft ist es, wenn als zweite Materialschicht eine auf dem Substrat
gut haftende Metallschicht, wie im Hochvakuum aufgedampftes Chrom einer Schichtstärke
von beispielsweise etwa 2000 Å, verwendet wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt gegenüber den bekannten Verfahren
den Vorteil, daß einmal keine schlecht zu handhabenden Ätzverfahren angewandt Werden
müssen, und zum anderen das Einbrennen des Photolackes in das Substrat während des
Aufdampf- bzw. Glimmprozesses vermieden wird0 Anhand der Figur 1 wird ein Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert.
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Die Figur 1a zeigt als Substrat 1 eine im Querschnitt dargestellte
Glasplatte. Auf diese Glasplatte 1 wird nach gründlicher Reinigung im Hochvakuum
eine etwa 2000 Å dicke Kupferschicht 2 aufgedampft, wobei die Anordnung nach der
Figur 1b entsteht. Anschließend wird diese Anordnung in eine staubarmen Raum mit
einer etwa 1 /u dicken Schicht 3 eines lichtempfindlichen Lackes überzogen, wie
es die Figur lc zeigt. Anschließend wird die Photolackschicht 3 üb-er eine nicht
dargestellte Muttermaske vorgegebener Struktur belichtet und danach der Photolack
entwickelt, wobei nach Auswaschen der nicht gehärteten Photolackbereiche die Lackschichtbereiche
3' zurückbleiben, wie dies in Figur id dargestellt ist. Nun wird die Kupferschicht
2 zwischen den Lackschichtbereichen 3' durch mehrere Sekunden andauernde Einwirkung
eines Ätzmittels, wie verdünntes Kupfer-II-Chlorid entfernt, ro daß sich die Anordnung
nach Figur le mit
der darauf befindlichen Kupfermaske 2' ergibt.
Anschlie-Bend werden die Lackschichtbereiche 3' auf der Anordnung mit einem Lösungsmittel
entfernt,- so daß die Anordnung nach Figur If entsteht. Jetzt wird eine auf dem
Substrat 1 gut haftende Chromschicht 4 einer Schichtstärke von etwa 20Q0 i aufgedampft,
wie es aus Figur Ig zu ersehen ist.
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Abschließend wird die Kupfermaske 2' mit den-darauf befindlichen Teilen
der Chromschicht 4 durch mehrere Minuten andauernde Einwirkung von Kupfer-II-Chlorid
entfernt. Dies geschieh-t in der Weisc, daß das Kupfer-- 11-Chlorid die an den Flanken
der Chromstruktur nur dünne Chromschicht in Pfeilrichtung durchdringt und von diesen
Stellen aus das Kupfcr auflöst. Auf diese Weise- entsteht die Anordnung nach Figur
Ih mit der gewünschten Struktur 4' der haftfesten Chronsehieht Es ist auch möglich,
die Lacksohichtbereiche 3' nach-?igur le stehen zu lassen und auf die Anordnung
-anschließend die Chromschicht 4 aufzudampfen, so daß zum Schluß die Kupfermaske
2' mitsamt den darauf befindlichen Laekschichtbereichen 3' und den wiederum darüber
befindlichen Teilen der Chromschicht 4 entfernt wird. Das Ausharten der Laekschichtbereiche
3' stört in diesem Falle-nleht'mehr,- da sich jetzt der Lack nicht mehr unmittelbar
auf dem Substrat 1 befindet und daher auch nicht in das Substrat 1 "einbrennen"
kann.
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Die Vortcile des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigen sich besonders
deutlich anhand dieses Ausführungsbeispieles.
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Indem auf dem Substrat 1 die gut entfernbare Kupferschicht 2 bzw.
Kupfermaske 2' benützt wird, wird das schwierige Ätzen einer schwer entfernbaren
Schicht, wie einer Chromschicht, überflüssig. Indem dann diese Kupfermaske 2' als
Maskierungsschicht beim Aufdampfen der gut haft enden Chromschicht 4
verwendet
wird, entfällt das den Ablösenprozeß störende bzw. völlig verhindernde Einbrennen
einer entsprechenden Lackmaske. Die anschließende Entfernung der Kupfermaske 2 mit
der darauf befindlichen Chromschicht 4 erfolgt in Kupfer-II-Chlorid ohne jegliche
Schwierigkeit.
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Die Figur 2 zeigt eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte
Photomaske entsprechend Figur Ih Unter der Photomaske 1, 4' ist eine Schaltungsplatte
5 angeordnet, die mit einer Kupferschicht 6 und einer Schicht positiven Photolackes
7 bedeckt ist. er der. Photomaske 1, 4' befindet sich eine Lichtquelle 8.
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Wirft die Lichtquclle 8 ihr Licht 9 senkrecht auf die Photomaske ,
4?, so werden die Bereiche der Photolack.-schicht 7 belichtet, die nicht durch das
Muster 4' abgedeckt sind. Sie werden löslich und können mit einem- Entwickler entfernt
werden. Die Kupferschicht 6 ist jetzt-fürdas Herausätzen des dem Muster 4' entsprechenden
Leitungsmusters vorbereitet. Die so gebildeten Leiterabschnitte dienen in der Schaltung
als Leitungsvarbindungen und ggto auch als elektrische Schaltelemente oder als eile
derselben.
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Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgebrachten gut.
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haftenden Metallschichten 4e können ebenfalls in dieser Weise Verwendung
finden, z.B. als elektrische Leiter.
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12 Patentansprüche 2 Figuren