DE19535307A1 - Verfahren zur Erzeugung sehr feiner Strukturen in Molybdän-Oberflächen - Google Patents

Verfahren zur Erzeugung sehr feiner Strukturen in Molybdän-Oberflächen

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Description

Die Erfindung betrifft die Strukturierung von Molybdän-Ober­ flächen mit sehr feinen Strukturen. Dabei wird die Oberfläche fotolithografisch vorbereitet und mit einer wäßrigen Eisen­ chlorid und Salzsäure enthaltenden Ätzlösung geätzt. Behan­ delt werden Molybdän-Oberflächen von massiven Molybdänkörpern oder von mit Molybdän beschichteten Körpern.
Im Stand der Technik werden verschiedene Molybdän-Ätzlösungen beschrieben. Die Ätzung von Molybdän-Oberflächen wird bei­ spielsweise bei der Herstellung eines Gleitlagers aus Molyb­ dän bzw. mit einer Molybdän-Oberflächenschicht verlangt. Um dieses Gleitlager mit einer oberflächlichen Strukturierung aus einer Vielzahl von Rillen zu versehen, wird sinnvoller­ weise eine Ätztechnik eingesetzt, da die Strukturen äußerst geringe Ausmaße (Breite, Tiefe) aufweisen sollen.
Zu einer Strukturätzung wird eine fotolithografische Struk­ turierung eines Resists durchgeführt, das auf der zu struktu­ rierenden Oberfläche aufgebracht ist. Diese kann beispiels­ weise auch durch eine Laserstrukturierung einer Fotoresist­ schicht angefertigt werden. Eine weitere Methode zur Struk­ turierung des Resists (Fotolack) besteht in der Verwendung einer Maske, durch die das auf der Molybdän-Oberfläche zu erzeugende Muster durch entsprechende Belichtung übertragen wird. In diesem Fall wird nach der Belichtung, der Entwick­ lung und einem Spülen bzw. Auswaschen das Ätzen folgen.
Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung einer bestimm­ ten Ätzlösung. Dabei müssen verschiedene Parameter beachtet werden. Ein wesentlicher Gesichtspunkt ist, inwieweit eine Unterätzung an den Kanten des strukturierten Fotoresist stattfindet. Weiterhin soll die Ätzlösung bei mehrstündiger Einwirkung keine Beschädigungen am Fotoresist erzeugen. Darüber hinaus ist eine einfache abwassertechnische Behand­ lung der Ätzlösung von Vorteil.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ätzlösung zur Strukturierung einer Molybdän-Oberfläche zur Verfügung zu stellen, mittels der ein gutes Verhältnis von Ätztie­ fe : Unterätzung erreichbar ist, ein Fotoresist während des Ätzvorganges nicht beschädigt wird und wobei die Ätzlösung abwassertechnisch unproblematisch ist.
Die Lösung dieser Aufgabe geschieht durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen können den Unteransprüchen entnommen werden.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß eine wäßrige Ätzlösung mit den Inhaltsstoffen Eisenchlorid (FeCl₃) und Salzsäure (HCl) zwar auch ein Anätzen ermöglicht, jedoch nicht in einem annehmbaren Zeitraum und mit entsprechend guten Ergebnissen bezüglich des Verhältnisses Ätztie­ fe : Unterätzung für eine Strukturätzung in einer Molybdän- Oberfläche verwendbar ist. Durch die Konditionierung dieser beschriebenen Ätzlösung mit einem bestimmten Anteil von Molybdän-Kationen (Mo5+) läßt sich der gewünschte Effekt erzeugen. Hiermit ist ein hervorragendes Verhältnis von Ätztiefe : Unterätzung erreichbar, nämlich pro Kante 2 : 1. Es entsteht keine Gasentwicklung bei diesem Ätzvorgang eines Metalles, womit keine Belastung bzw. Beschädigung des Foto­ lackes zu befürchten ist. Dies gilt auch für eine mehrstün­ dige Einwirkzeit. Abwassertechnisch ist die Ätzlösung einfach zu behandeln. Somit ist insgesamt eine äußerst feine Struktu­ rierung in einer Molybdän-Oberfläche möglich, wobei eine hohe Kantenschärfe gewährleistet ist.
Die an der Oberfläche entstehenden Molybdänverbindungen und Ätzrückstände werden im Anschluß an den Ätzvorgang naßche­ misch entfernt.
Im folgenden wird beispielhaft ein Verfahrensablauf erläu­ tert:
Nach der mechanischen Herstellung eines Halbzeuges kann dieses u. U. geglüht werden. Im Anschluß daran ist auf jeden Fall die Reinigung in wäßriger Lösung vorgesehen. Im An­ schluß daran werden die Einzelteile in einem Metallgestell zusammengefaßt. Eine anschließende Reinigung in einem Tauch­ bad findet bei beispielsweise 40°C bei einer Dauer von 10 min statt und wird mit Ultraschall unterstützt. Es folgt eine Grobspülung mit Industriewasser. Danach folgt ein kombinier­ ter Verfahrensschritt in einem Spülbecken, der einen weiteren Spülvorgang ermöglicht. Anschließendes Grobtrocknen geschieht durch Anblasen mit Preßluft oder Stickstoff. Getrocknet wird in einem Ofen bei beispielsweise 85°C für die Dauer von 15 min. Zum Abschluß des gesamten Reinigungsvorganges wird eine Reinigung im Sauerstoffplasma für ca. 10 min durchgeführt.
Fotolithografische Vorbereitung der Halbzeuge
In einer elektrostatischen Lacksprühanlage wird ein passender Positiv-Fotolack aufgebracht. Nach dem Aufsprühen folgt eine Trocknung und u. U. das Aufsprühen einer zweiten Schicht mit wiederholter Trocknung. Getrocknet wird beispielsweise in einem Ofen bei 85°C für 45 min.
Radiallager werden beim Sprühen und Belichten axial gelagert, wobei einseitig zentrisch eine angetriebene Achse einge­ schraubt ist und eine Drehung ermöglicht wird. Besondere Ausgestaltungen wie Bohrungen oder Ansätze können u. U. ange­ ätzt werden, so daß sie keine Fotoresistschicht erhalten müssen.
Die Belichtung der auf der Molybdän-Oberfläche befindlichen Fotolackschicht geschieht in üblicher Weise mittels Bestrah­ lung durch eine das gewünschte Muster enthaltende Maske bzw. Blende. Die anschließende Entwicklung geschieht ebenfalls in bisher bekannter Weise.
Ätzen der fotolithografisch vorbereiteten Molybdän-Oberfläche
Die zu ätzenden Teile werden in geeigneter Weise gehalten. In diesem Zustand können Verfahrensschritte wie Ätzen, Spülen, Nachbehandeln oder Trocknen durchgeführt werden. Die Teile werden an vertikal angebrachten Achsen eines Gestelles befe­ stigt, die wiederum über einen Elektromotor angetrieben werden. Es folgt das Eintauchen in die Ätzlösung, die eine Temperatur von ca. 50°C aufweist. Je nach Art des Lagers können in ca. 10 bis 30 min ca. 12 bis 30 µm tiefe Strukturen eingeätzt werden. Im folgenden wird mit Industriewasser gespült und in Natronlauge (20%ig zur Lackentschichtung) gespült. Nach einem weiteren Spülvorgang erfolgt ein erneutes Tauchen in eine andere 20%ige Natron­ lauge. Zum weiteren Lösen von Ätzprodukten wird anschließend in 10%ige Salzsäure getaucht (bei Raumtemperatur für 1 min), gespült und getrocknet. Danach werden die Teile aus den Halterungen entnommen.
Der Ansatz einer Ätzlösung geschieht beispielsweise mit 166,6 g/l FeCl₃ × 6 H₂O p.a. (pro Analyse) 2,0 ml/l HCl p.a.
Eine einmalige Konditionierung der Lösung erfolgt mittels anodischem Lösen von Molybdän über 3 bis 5 Stunden oder durch Zugabe von Mo5+.
Die Ausbeute für den Ätzprozeß liegt bei 100%.

Claims (4)

1. Verfahren zur Erzeugung sehr feiner Strukturen in Molyb­ dän-Oberflächen mittels fotolithografischer Bearbeitung mit anschließender Ätzung, wobei eine wäßrige Ätzlösung mit FeCl₃ und HCl eingesetzt wird, die durch Zugabe von Mo5+ konditioniert wird.
2. Verfahren zur Erzeugung sehr feiner Strukturen in Molybdän-Oberflächen mittels fotolithografischer Bearbeitung mit anschließender Ätzung, wobei eine wäßrige Ätzlösung mit FeCl₃ und HCl eingesetzt wird, die durch anodisches Lösen von Molybdän konditioniert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin die Ätzlösung folgende Konzentrationsbereiche aufweist:
FeCl₃ 10 g/l - bis zur Sättigung
HCl konz. 1-100 ml/l
Mo5+ 1-50 g/l.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Ätzung in einem Temperaturbereich von Raumtemperatur bis zum Siedepunkt stattfindet.
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DE19617387C1 (de) * 1996-04-30 1997-11-20 Siemens Ag Verfahren zur Laserstrukturierung von Metalloberflächen

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