DE2420589A1

DE2420589A1 - Verfahren zum herstellen von photolackmustern

Info

Publication number: DE2420589A1
Application number: DE2420589A
Authority: DE
Inventors: Diana Jean Bendz; Gerald Andrei Bendz; Anne Marie Wildman
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1973-05-03
Filing date: 1974-04-27
Publication date: 1974-11-21
Also published as: JPS5011387A; DE2420589B2; FR2228242B1; US3930857A; FR2228242A1; GB1457924A; DE2420589C3; JPS5827653B2

Description

Aktenzeichen der Anmelderin: FI 972 099

Verfahren zum Herstellen von Photolackmustern

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen maskierender Muster aus Photolack auf selektiv zu bearbeitenden Substratoberflächen.

Verfahren, bei denen Substrate mit einem Photolackmuster abgedeckt werden und dann in den nicht mit Photolack abgedeckten Bereichen einer Bearbeitung, wie z.B. einer Ätzung unterworfen werden, haben auf vielen Gebieten der Technik, z.B. in der Druckereitechnik und in der Halbleitertechnik große Bedeutung erlangt. Sie sind unter dem Namen photolithographische Verfahren bekannt geworden. Bei der Herstellung eines. Halbleiterbauteils müssen in mehreren Stufen des Herstellungsprozesses ein photolithographisches Verfahren durchgeführt werden. Ein Ausschnitt aus einem solchen bekannten Herstellungsprozeß, wobei bei diesem Ausschnitt das zu bearbeitende Bauteil keinen hohen Temperaturen ausgesetzt wird, sei im folgenden beschrieben. Eine Schicht, beispielsweise aus einem negativen Photolack wird auf der Substratoberfläche aufgebracht. Diese Schicht wird durch eine Maske hindurch belichtet, die ein Muster zeigt, das dem Negativ des in der Photolackschicht zu erzeugenden Musters entspricht. Im darauffolgenden Entwicklungsschritt werden die nicht belichteten Teile der Photolackschicht herausgelöst, wodurch ein Teil der Substratoberfläche freigelegt wird. Der freigelegte Teil kann nun bearbeitet werden, wobei

A09847/1CU6

diese Bearbeitung z.B. ein Ätzen oder ein Plattieren sein kann. Im nächsten Schritt wird der gesamte noch stehen gebliebene, polymerisierte Photolack entfernt. Nun wird erneut mit Photolack beschichtet. Die neue Photolackschicht wird nun durch eine andere Maske belichtet und das dabei entstandene latente Bild wird im nächsten Schritt entwickelt. Der dabei freigelegte Bereich der Substratoberfläche kann nun einem zweiten Bearbeitungsschritt unterworfen werden, wobei es von der Maske bei der zweiten Belichtung abhängt, ob auch die bei der ersten Bearbeitung behandelten Gebiete der Substratoberfläche oder nur Bereiche der Substratoberfläche, die vorher nicht behandelt worden sind, der zweiten Bearbeitung unterworfen werden. Im nächsten Schritt wird schließlich der stehengebliebene, polymerisierte Photolack entfernt. Das Beispiel zeigt, daß zur Durchführung von zwei Bearbeitungen des Substrats mindestens zehn Verfahrensschritte durchgeführt werden mußten. Je größer die Zahl der notwendigen Verfahrensschritte bei der Herstellung eines Bauteils ist, desto höher ist die Durchlaufzeit bis zur Fertigstellung, desto mehr Material wird benötigt, desto höher ist die Zahl von Fehlermöglichkeiten und desto mehr Arbeitskraft wird benötigt. Alle vier Faktoren erhöhen die Kosten des Bauteils.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem bei einem Herstellungsprozeß, der mehrere aufeinanderfolgende photolithographische Verfahren durchläuft, gegenüber den bekannten Herstellungsprozessen Verfahrensschritte eingespart werden können, wodurch der Herstellungsprozeß wirtschaftlicher und zuverlässiger werden soll.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die auf die zu bearbeitende Substratoberfläche aufgebrachte Photolackschicht selektiv mit unterschiedlichen Strahlungsenergiemengen belichtet und anschließend in aufeinanderfolgenden Entwicklungsschritten mit Entwicklern zunehmender Lösungsfähigkeit behandelt wird.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden insbesondere

Fi 972 099 409847/1046

Verfahrensschritte wie Justieren, Belichten und außerdem Ablösen und Aufbringen von Photolack eingespart. War es bei dera bekannten Verfahren notwendig, photolithocrraphische Verfahren hintereinander mehrmals durchzuführen, so müssen - unter der Voraussetzung, daß zwischen den photolithographischen Verfahren keine Verfahrensschritte bei hohen Temperaturen durchgeführt werden müssen - bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die oben genannten Verfahrensschritte nur noch je einmal durchlaufen werden. Nur die Zahl der Entwicklungsschritte ist gleich der Zahl der beim bekannten Verfahren durchgeführten photolithographischen Verfahren. Durch diese Einsparungen wird nicht nur das Produkt billiger, sondern auch Qualitativ höherwertig, weil ganz allgemein die Zahl der Fehlermöglichkeiten mit der Zahl der Verfahrensschritte/ insbesondere mit der Zahl der Justierschritte, ansteigt.

Zur Variation der Strahlungsenercriemenge kann in vorteilhafter Weise je nach den Verfahrenserfordernissen bzx»7. -möglichkeiten entweder die Belichtungszeit oder die die Photolackschicht erreichende Strahlungsintensität variiert werden.

Es ist vorteilhaft, wenn zur Abstufung der die Photolackschicht erreichende Lichtintensität durch eine Maske mit sich durch ihre optische Durchlässigkeit unterscheidenden Bereichen belichtet wird. Da nur eine Maske verwendet wird, muß auch nur einmal justiert werden. Dadurch sind Fehljustierungen, die sich dadurch ergeben, daß die beiden bei zwei aufeinanderfolgenden photolithographischen Verfahren benötigten Masken zueinander justiert werden müssen, ausgeschlossen. Fehl jus tieruncren beeinträchtigen z.B. in der Halbleitertechnik nicht unbeträchtlich die Ausbeute. Hinzukommt, daß Justierungen in jedera Fall zeitraubende und. kritische Operationen sind. Wird nur eine Maske benötigt, so hat man außerdem den Vorteil, daß Masken eingespart werden. Masken sind beispielsweise in der Halbleitertechnik Hilfswerkzeuge, die einen sehr wesentlichen P'ostenfaktor darstellen.

Eine Beschränkung auf eine Maske unter Ausnützung der damit ver-

Fi 972 099 £09847/1046

bundenen Vorteile läßt sich in vorteilhafter Weise auch dadurch erreichen, daß durch eine Maske mit sich durch ihre Strahlungsabsorption unterscheidenden Bereichen bestrahlt wird.

Mit dem Trend zu immer kleineren Abmessungen in der Halbleitertechnik wird es zunehmend attraktiver, die Photolackschichten nicht mehr durch eine Maske hindurch zu belichten, sondern die Belichtung mittels eines fokussierten Strahls, der z.B. aus Licht, aus atomischen Teilchen oder Elektronen besteht und mit dem die Photolackschicht abgetastet wird, vorzunehmen. Dieses Verfahren ist zwar teurer wie das Belichten durch eine Maske hindurch, aber es lassen sich mit ihm höhere Auflösungen unter Einhaltung kleinerer Toleranzen erreichen- In vorteilhafter Weise läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren mittels eines fokussierten Strahls durchführen, wenn die Intensität und die Abtastgeschwindigkeit des Strahls geregelt werden.

In vorteilhafter Weise läßt sich die Lösungsfähigkeit der Entwickler einfach und reproduzierbar dadurch beeinflussen, daß die Konzentration einzelner Bestandteile variiert wird.

Es ist vorteilhaft, daß das erfindungsgemäße Verfahren sowohl auf Schichten aus einem negativen Photolack, als auch auf Schichten aus einem positiven Photolack anwendbar ist.

Soll eine Schicht aus einem positiven Photolack aufgebracht werden, so ist es vorteilhaft, wenn als Photolack ein m-Kresol-Formaldehyd-Novolak-Harz mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von etwa 1 000 verwendet wird, das als Sensibilisator den 2-Diazo-Naphtochinon-5-Sulfensäureester von 2,3,4-Trihydroxybenzophenon enthält, und zum Entwickeln eine alkalische (p_H^13), wässrige Lösung verwendet wird, die 5 % Festkörpergehalt hat, der aus Natriummetasilikat und Natriumphosphat besteht.

In vorteilhafter Weise läßt sich die Verminderung der Lösungsfähigkeit des Entwicklers dadurch erreichen, daß der Festkörper-

Fi 972 099 409 8 47/ 1 046

gehalt entsprechend erniedrigt wird.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß nach dem Aufbringen der Photolackschicht diese durch eine exakt zum Substrat justierte Maske mit einem 100 %ig, einem 0 %ig durchlässigen und einem Bereich, dessen Durchlässigkeit dazwischenliegt, belichtet und anschließend mit einem ersten, nur den Photolackbereich mit dem geringsten Polymerisationsgrad lösenden Entwickler behandelt wird, daß die dabei freigelegte Substratoberfläche bearbeitet wird, daß dann das stehen gebliebene Photolackmuster mit einem zweiten, den Photolackbereich mit dem mittleren Polymerisationsgrad lösenden Entwickler behandelt wird und anschließend die bei der zweiten Entwicklung oder die bei beiden Entwicklungen freigelegten Substratoberflächen bearbeitet werden. Bei der Durchführung dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dasselbe Ergebnis erzielt wie bei dem oben beispielhaft beschriebenen bekannten Verfahren. Der Unterschied besteht aber darin, daß gegenüber dem bekannten Verfahren 3 Verfahrensschritte eingespart werden und infolgedessen, wie schon erwähnt, ein billigeres und qualitativ höherwertiges Produkt erhalten wird.

Die Erfindung wird anhand von durch Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispielen beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 ein durch Bilder veranschaulichtes Flußdiagramm

eines typischen Verfahrensablaufs entsprechend der Erfindung,

Fig. 2a bis 2c schematisch die Herstellung eines Ausschnitts

einer Maske zum Belichten von Substraten mit abgestuften Lichtintensitäten, wobei diese Maske Gebiete mit unterschiedlicher optischer Dichte hat, wodurch sie für den Belichtungsschritt

Fi 972 099 409847/1046

bei einer Ausgestaltung der Erfindung geeignet wird,

Fign. 3a bis 3g Querschnitte durch ein metallisiertes Keramiksubstrat in verschiedenen Stadien der Herstellung entsprechend einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Pign. 4a bis 4g Querschnitte durch ein metallisiertes Keramiksubstrat in verschiedenen Stadien der Herstellung entsprechend einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Eine photochemische Reaktion ist eine solche, die durch Strahlungsenergie beeinflußt wird. Die Reaktion beginnt, wenn Licht einer bestimmten Wellenlänge eingestrahlt wird und schreitet so lange fort, bis mit der Bestrahlung aufgehört wird oder die Reaktion vollständig abgelaufen ist. Wie vollständig eine Reaktion abläuft, hängt dann von der Energiemenge ab, die während der Bestrahlung auf das photoempfindliche Material übertragen wurde. Zu den wichtigen Parametern bei der Belichtung gehören, der Wellenlängenbereich, die Intensität der Lichtquelle (I), die optische Dichte bzw. die prozentuale Durchlässigkeit (T) der Maske und die Belichtungszeit (t). Bei einem konventionellen Photoprozeß sind diese Variablen so aufeinander abgestimmt, daß auf das photoempfindliche Material so viel Energie übertragen wird, daß die Reaktion vollständig abläuft. Bei dem hier beschriebenen Verfahren werden bei einer einzigen Belichtung Bereiche des lichtempfindlichen Materials mit unterschiedlichen Energiemengen bestrahlt, wodurch in diesen Bereichen die Reaktion auch unterschiedlich weit fortschreitet. Das Ergebnis ist, daß latente Bilder hergestellt werden, die selektiv mit Entwicklern unterschiedlicher Konzentration entwickelt werden können.

Die bei der Belichtung zur Verfügung stehende Energiemenge kann - ohne Berücksichtigung der Wellenlänge - durch die folgende

Fi 972 099 409847/1048

Gleichung ausgedrückt werden:

E = I * T * t (1) , wobei

E = der für die Belichtung zur Verfügung stehenden Energiemenge,

t = der Belichtungszeit,

I = der von der Lichtquelle ausgestrahlen Lichtintensität und

T - der Durchlässigkeit der Maske in Prozent sind.

Da die von der Lichtquelle ausgesandte Lichtenergie nur schwer während einer Belichtung bei einem Photoprozeß unter Verwendung einer Photoraaske variiert werden kann und es oft umständlich ist, die Belichtungszeit in einzelnen Bereichen des Substrats zu variieren, ist es günstig, eine Änderung der zur Belichtung zur Verfügung stehenden Energiemenge durch eine unterschiedliche Durchlässigkeit der Maske in ihren einzelnen Bereichen zu erreichen. Dies wird dadurch möglich gemacht, daß eine Maske hergestellt wird, auf der es Gebiete mit O %iger und mit 100 %iger Durchlässigkeit, wobei diese Durchlässigkeitswerte bereits bei konventionellen Masken üblich sind, und zusätzlich noch Gebiete mit einer Durchlässigkeit, die zwischen 0 und 100 % liegt, gibt. Wird durch eine solche Maske, auf der die Durchlässigkeiten z.B. 0 %, 30 % und 100 % betragen, eine aus einem positiven Photolack bestehende Schicht belichtet, so würden in dieser Photolackschicht drei Arten von Gebieten entstehen, die sich dadurch unterscheiden, daß die photochemische Reaktion in ihnen unterschiedlich weit fortgeschritten ist, was mit anderen Worten bedeutet, daß sie in einem Entwickler je nach Fortschritt der Reaktion unterschiedlich löslich sind. Gebiete, die durch Bereiche der Maske mit einer 100 %igen Durchlässigkeit belichtet worden sind, sind leicht in einem verdünnten Entwickler löslich. Gebiete, die durch Bereiche der Maske mit einer 30 %igen Durchlässigkeit belichtet worden waren, werden in dem verdünnten Entwickler nicht leicht löslich sein und werden stehen bleiben, bis sie mit einem konzentrierte-

Fi 972 099 409847/1046

ren Entwickler behandelt werden. Die nicht belichteten Gebiete werden stehen bleiben bis zum konventionell durchgeführten Ablösen des Photolacks. Masken mit mehreren Zwischenstufen der Lichtdurchlässigkeit können dazu benutzt werden, unter Verwendung in ihrer Konzentration entsprechend abgestufter Entwickler eine Vielzahl von Photolackbereichen, die sich in ihrer Löslichkeit unterscheiden, mittels einer Belichtung herzustellen.

Die Verfahrensparameter in bezug auf das Photolackauftragen, die Dicke der Photolackschicht, das Erwärmen vor dem Belichten und irgend welche sonstigen vorbereitenden Verfahrensschritte werden wie bei den üblichen Photolackprozessen bestimmt. Um die Belichtungszeit zu bestimmen, wird eine optimale Dicke der Photolackschicht, die von dem Charakter der Oberfläche, die geätzt werden soll, und von der erforderlichen optischen Auflösung abhängt, gewählt.

Sobald die optimale Dicke der Photolackschicht gewählt worden ist, wird eine Belichtungszeit festgelegt, bei der eine angemessene Umwandlung des Photolacks erzielt wird. Bei einer Lichtquelle, die ultraviolettes Licht von etwa 108 000 Lux ausstrahlt, wird die Belichtungszeit normalerweise zwischen 5 und 60 Sekunden liegen. Im Fall von zwei Entwicklungsschritten ist es das Ziel, zwei Stadien der Umwandlung des Photolacks durch die Bestrahlung mit zwei unterschiedlichen Energiemengen zu erzeugen. Um diese Energiemengen zu bestimmen, ist die oben erwähnte Gleichung (1) in der folgenden Form nützlich:

Drei kritische Werte von γ müssen bei einer gegebenen Schichtdicke des Photolacks bestimmt werden:

1. Minimum A, der Minimalwert, bei dem der durch eine Maske

mit 100 %iger Durchlässigkeit'belichtete Photolack in verdünntem (30 %) Entwickler löslich ist.

Fi 972 099 409847/1046

2. Minimum B, der Minimalwert, bei dem der durch eine Maske

mit einer Durchlässigkeit, die kleiner als 100 % ist, belichtete Photolack in unverdünntem Entwickler löslich ist.

3. Maximum B, der Wert, bei welchem der durch eine Maske, mit

einer Durchlässigkeit, die unter 100 % liegt, belichtete Photolack in verdünntem Entwickler löslich wird.

Minimum A wird benützt, um die minimale Belichtungszeit für eine gegebene Dicke der Photolackschicht und einen gegebenen verdünnten Entwickler festzulegen. Ein Beispiel soll das veranschaulichen: Es wird dazu ein positiver Photolack verwendet, der in basischen Medien löslich ist. Der Photolack enthält einen Diazoketon-Sensibilisator, nämlich den 2-Diazo-Naphtochinon-5-Sulfensäureester von 2,3,4,-Trihydroxybenzophenon, ein m-Kresol-Formaldehyd-Novolak-Harz mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von etwa 1 000 und ein Lösungsmittelgemisch, das aus etwa 80 % Äthyl-Cellosolve-Azetat, etwa 10 % η-Butyl-Azetat und etwa 10 % Xylol besteht. Das Photolackgemisch wird bei etwa 2 500 upm auf eine Chromoberfläche aufgeschleudert. Die entstandene Photolackschicht kann mit einem 30 %igen Entwickler entwickelt werden, wenn der Wert von =· = 16 Sekunden, d.h.

Y= Txt= 16 Sekunden. Im vorliegenden Fall ist 16 Sekunden

= 100/100 χ t. Wird die Gleichung nach t aufgelöst, so leuchtet unmittelbar ein, daß 16 Sekunden die minimale Belichtungszeit ist, um bei 100 %iger Durchlässigkeit der Maske die darunterliegenden Gebiete im 30 %igen Entwickler löslich zu machen. Der unverdünnte Entwickler ist eine wässrige, alkalische Lösung mit einem pH Wert von etwa 13, der etwa 5 Gewichtsprozent Festbestandteile enthält, die aus einer Mischung von Metasilikat und Natriumphosphat bestehen, wobei hauptsächlich Natriumorthophosphat verwendet wird.

Für Minimum B und Maximum B wurden Werte von 6,8 bzw. 13,0 Sekun-Fi 972 099 409847/1046

den bestimmt. Mit Hilfe der Gleichung (1) und bei Zugrundelegung einer minimalen Belichtungszeit von 16 Sekunden kann die Durchlässigkeit der Maske, in den Bereichen, in denen die Durchlässigkeit weder O noch 100 % ist, bestimmt werden:

Minimum B : E/I =6,8 Sekunden = T χ 16 Sekunden T = 43/100

Maximum B: E/I = 13,ο Sekunden = T χ 16 Sekunden T = 81/100.

Für den oben beschriebenen Photolack, der bei 2 500 upm aufgeschleudert worden ist, ist die minimale Belichtungszeit 16 Sekunden und die Maske muß einen Bereich einschließen, in dem die optische Dichte zwischen 43 und 81 % Durchlässigkeit liegt.

Die Entwickler, die zu den oben erwähnten Parametern gehören, sind 30 und 100 %ig (unverdünnt). Die Konzentration des ver dünnten Entwicklers wurde willkürlich auf 30 % gesetzt, weil dadurch die Variationsbreite des Prozesses erhöht wird. Diese Konzentration kann um ± 5 % variiert werden, ohne daß bei Anwendung der oben genannten Parameter Prozeßschwankungen festgestellt wurden. Die oben genannten Parameter können in der gleichen Weise für andere Entwicklerkonzentrationen, z.B. für Verdünnungsgrade im Bereich zwischen 30 und 70 % und für Masken, die zwei sich unterscheidende Durchlässigkeitsbereiche, die weder 0 noch 100 % sind, haben, wobei der Verdünnungsgrad der entsprechenden Entwickler zwischen 30 und 50 bzw. zwischen 50 und 70 % liegen würde. Es sei an dieser Stelle angemerkt, daß weder durch die Anwendung von verdünnten Entwicklern noch durch Anwendung von Masken, deren Durchlässigkeit bereichsweise kleiner als 100 und größer als 0 % war, eine Linienverschlechterung festgestellt wurde.

Das Erhitzen der mit Photolack beschichteten Substrate vor dem Belichten wird wie bei bekannten Photoprozessen durchgeführt.

Fi 972 099 409847/1046

Das Erhitzen nach dem Entwickeln muß jedoch hinausgeschoben werden bis nach der Durchführung der letzten Entwicklung oder ganz weggelassen werden» Der letztere Fall ist günstig_f weil dadurch ein Prozeßschritt eingespart wird.

Die Fig. 1 veranschaulicht einen typischen Verfahrensablauf. Das Substrat 1 wird mit einer Photolackschicht 2 beschichtet und wird dann belichtet, um das quadratische Gebiet 3, welches nur teilweise belichtet wird, und das kreisförmige Gebiet 4, welches vollständig belichtet wird, zu erzeugen. Die Schicht.

2 wird dann einem verdünnten Entwickler ausgesetzt, der die Schicht 2 im Gebiet 4 entfernt und auf diese Weise ein Gebiet 5 des Substrats 1 freilegt. Das Gebiet 5 kann dann geätzt, metallisiert oder sonst einem konventionellen additiven oder subtraktiven Prozeß unterworfen werden. Die Schicht 2 wird dann einem konzentrierten Entwickler ausgesetzt, der die Schicht 2 in dem Gebiet

3 entfernt und dabei das Gebiet 6 des Substrats 1 freilegt. Das Gebiet 6 des Substrats 1 kann dann geätzt, metallisiert oder irgend einem konventionellen additiven oder subtraktiven Prozeß unterworfen werden. Auch das Gebiet 5 wird diesem zweiten Prozeßschrifct unterworfen. Die stehen gebliebene Photolackschicht wird schließlich von dem Substrat entfernt.

In den Fign. 2a bis 2c ist die Bildung einer Maske 11 mit drei verschiedenen Durchlässigkeitsbereichen veranschaulicht. Eine Glasplatte 13 wird mit einer Silberhalogenidemulsionschicht 15 beschichtet. Die Schicht 15 wird dann durch das Muster 12 unter gleichzeitiger 2Ofacher Verkleinerung 25 Sekunden lang in den Gebieten 17, wo eine vollständige Belichtung gewünscht wird, belichtet. Die Schicht 15 wird anschließend etwa 25 Sekunden lang durch das Muster 14 unter gleichzeitiger 2Ofacher Verkleinerung derart belichtet, daß die Gebiete 17 noch einmal und die danebenliegenden Gebiete erstmalig belichtet werden. Zur leichteren Unterscheidung sind die Gebiete 17 stark gepunktet und die Gebiete 19 schwach gepunktet. Die Glasplatte wird dann in konventioneller Weise entwickelt, um eine Maske 11 mit abgestufter

Fi 972 099 409847/1046

Durchlässigkeit zu erzeugen, wobei sich auf dieser Maske voll belichtete Gebiete 17, deren Durchlässigkeit im Idealfall O % beträgt, teilweise belichtete, graue Gebiete 19 mit einer etwa 50 %igen Durchlässigkeit und nicht belichtete, saubere Gebiete 21, deren Durchlässigkeit im Idealfall 100 % beträgt, befinden.

Beispiel 1

Anhand der Fig. 3 soll nun die Bildung eines feinen Musters von metallischen Leiterzügen, die dazu dienen, Halbleiter-Chips untereinander zu verbinden, auf einem Keramiksubstrat mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben. Eine Chromschicht 21, die eine Dicke von etwa 1 000 A hat, ist mittels Vakuumbedampfung auf dem dielektrischen Substrat 23, welches typischerweise aus Glas oder einem Keramikmaterial besteht, aufgebracht. In diesem Beispiel wird ein Keramiksubstrat verwendet, das aus 92 bis 99 % Aluminiumoxid besteht. Als nächstes wird auf die Chromschicht eine Kupferschicht 25 mit einer Dicke von etwa 80 000 A* und auf diese eine zweite Chromschicht 27 mit einer Dicke von etwa 2 000 R mittels Vakuumbedampfung aufgebracht. Es sei klargestellt, daß auch andere leitfähige Materialien, wie z.B. Silber, Gold, Tantal und Aluminium benützt werden könnten, um die Schichten 21, 25 und 27 herzustellen. Auf der Schicht 27 wird eine Schicht 29 aus Photolack aufgebracht. In diesem Beispiel wird die Schicht 29 aus einem positiven Photolackgemisch hergestellt, das einen m-Kresol-Novolak-Harz mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von etwa 1 000, einen Diazo-Keton-Sensibilisator, der aus dem 2-Diazo-Naphtochinon-5-Sulfensäureester von 2,3,4-Trihydroxybenzophenon besteht, und ein Lösungsmittelgemisch, das zu etwa 80 % aus Äthyl-Cellosolve-Azetat zu etwa 10 % aus η-Butyl-Azetat und zu etwa 10 % aus Xylol besteht, enthält. Dieses Photolackgemisch wird auf das Substrat 23 bei etwa 2 500 upm aufgeschleudert, wobei sich nach dem Entfernen des Lösungsmittelgemisches eine Schicht mit einer Dicke von etwa 25 000 S bildet. Anschließend wird etwa 10 Minuten lang auf 95 ⁰C erhitzt. Die Schicht 29 wird dann mittels einer aktinischen Bestrahlung 25 Sekunden lang

Fi 972 099 409847/1046

durch eine - in der Figur nicht gezeigte - Maske belichtet, die drei verschiedene Durchlässigkeitsbereiche hat und etwa der in der Fig. 2c gezeigten Maske entspricht. Die Belichtung ist vollständig in dem stark gepunkteten Gebiet 30 und teilweise in den leichtgepunkteten Gebieten 32 und 34. Die Schicht 29 wird dann mit einem alkalischen Entwickler entwickelt, der von seiner normalen Stärke mittels deionisierten Wassers auf einen Verdünnungsgrad von 30 % gebracht worden ist. Der unverdünnte Entwickler ist eine gepufferte wässrige alkalische Lösung, die etwa 5 Gewichtsprozent Feststoffe enthält und einen pH-Wert von etwa 13,0 hat, wobei die Feststoffe aus einer Mischung von Natriummetasilikat und einem Natriumphosphat, wobei im allgemeinen Natriumorthophosphat genommen wird, besteht. Die Entwicklungszeit beträgt etwa 45 bis 60 Sekunden und die nicht belichteten Gebiete 33 der Schicht 29 und die teilweise belichteten Gebiete 32 und 34 der Schicht bleiben dabei auf der Chrpmschicht 27 (Fig. 3c). Die Chrom- und Kupferschichten 25 und 27, soweit sie von dem Photolack nicht bedeckt sind, werden dann weggeätzt, wobei die in der Fig. 3d gezeigte Struktur sich bildet.

Geeignete Ätzmittel für Chrom sind solche, die den nach dem Entwickeln nicht erhitzten Photolack nicht verschlechtern. Solche Ätzmittel sind z.B. in der US-Patentschrift 36 39 185 beschrieben und bestehen aus der wässrigen Lösung eines Salzes einer schwachen Säure und einer starke Base und eines Oxydationsmittels. In diesem Beispiel wird bei Temperaturen zwischen 30 und 45 ⁰C eine Mischung von etwa 6 Gramm Kaliumpermanganat und etwa 26 Gramm wasserfreies Natriumkarbonat in 100 Milliliter deionisiertem Wasser benutzt, wobei diese Mischung einen p_H~Wert zwischen 11 und 12 hat. Kupfer wurde bei Temperaturen zwischen 25 und 35 C mit einer Lösung geätzt, die 40 Gramm Eisen-(III)-Chlorid und

•s 3

0,001 cm einer 37 %igen Salzsäure in 100 cm Wasser enthielt. Die stehen gebliebene Photolackschicht wird dann mit nicht verdünntem Entwickler entwickelt, so daß die teilweise belichteten Gebiete 32 und 34 entfernt werden, wie es die Fig. 3e zeigt. Die dann freiliegenden Gebiete 37 und 39 der Chromschichten 27 und

Fi 972 099 409847/ 1046

" ¹⁴ " 2420583

21 werden dann mittels des selektiv wirkenden Permanganatätzmittels weggeätzt, wobei die in Fig. 3f gezeigte Struktur entsteht, welche voneinander getrennte Chrom-Kupfer-Chrominseln 36 und 38 hat, in welchen die obere Chromschicht 27 die Stufen 41 und 42 hat. Diese Stufenstruktur bildet geeignete Lotdämme bei der Befestigung von Halbleiter-Chips auf den Inseln und zugehörigen Leiterzügen auf dem Substrat 23 während eines Lötprozesses. Nach dem zweiten Ätzschritt wird die stehen gebliebene Photolackschicht 29 mittels eines konventionellen Photolackablösemittels, wie z.B. einer Mischung aus Tetrachloräthylen, Dichlorbenzol, Phenol, und einem Natrium-Alkyl-Naphtalin-Netzmittel entfernt. Die dann vorliegende Struktur zeigt die Fig. 3g. Das beschriebene Verfahren eliminiert ein zweites Beschichten mit Photolack und einen zweiten Belichtungsschritt, um die Stufen in der Schicht 27 herzustellen. Außerdem ist die Geometrie der Stufen zueinander durch die einmalige Belichtung fixiert, so daß JustierSchwierigkeiten nicht auftreten können.

Im Beispiel II ist eine Kombination von Ätzen und Niederschlagen erläutert, durch die Lötklumpen, die benötigt werden, um entweder Drähte oder Halbleiter-Chips aufzulöten, hergestellt werden.

Beispiel II

Das in der Fig. 4a gezeigte Keramiksubstrat 51, das aus einem Keramikmaterial, einem glasierten Keramikmaterial oder aus einem mehrschichtigen Keramikmaterial bestehen kann, ist mit einer Chromschicht 53 und einer auf dem Chrom liegen Kupferschicht 55 beschichtet. Eine Schicht 57 aus einem positiven Photolack bedeckt die Kupferschicht 55. Die Photolackschicht wird dann durch eine Maske mit mehreren Bereichen unterschiedlicher optischer Durchlässigkeit belichtet, so daß die in der Fig. 4b stark gepunkteten Gebiete 59 vollständig belichtet sind, die Gebiete nicht belichtet sind und das leicht gepunktete Gebiet 63 teilweise belichtet ist. Die voll belichteten Gebiete der Photolackschicht werden dann entfernt mittels eines verdünnten Entwicklers, wodurch

Fi 972 099 409847/1046

die Gebiete 65 der Kupferschicht 55 freigelegt werden. Die dann vorliegende Struktur zeigt die Fig. 4c. Das nicht von Photolack beschichtete Kupfer und das darunterliegende Chrom werden dann durch Ätzen entfernt, so daß nur, wie die Fig. 4d zeigt, die noch mit der Photolackschicht 57 abgedeckten Inseln 69 und 70 stehen bleiben. Der noch stehende Photolack wird dann mit einem stärker konzentrierten Entwickler entwickelt, wobei dann das teilweise belichtete Gebiet 63 entfernt wird, wodurch dann das Gebiet 73 der Kupferschicht 55 freigelegt wird. Eine Goldschicht 71 wird dann auf die freiliegende Oberfläche 73 der Kupferschicht 55 aufplattiert. Die dabei entstandene Struktur zeigt die Fig. 4f. Schließlich wird der noch stehende Photolack abgelöst, übrig bleibt die Chrom-Kupferinsel 70, die mit einem Chip verbunden werden kann, und die mit Gold beschichtete Chrom-Kupferinsel 69, mit der Drähte verbunden werden können.

Die Belichtung mit unterschiedlichen Energiemengen kann auch dadurch erreicht werden, daß der Wellenlängenbereich, mit dem die einzelnen Bereiche des Substrats belichtet werden, durch optische Filter eingeengt wird, z.B. durch Verwendung von selektiv gefärbten Masken. Wird die Belichtung in der Weise durchgeführt, daß mit einem fokussierten, aus Licht, atomischen Teichen oder Elektronen bestehenden Strahl, die zu bestrahlende Photolackschicht überstrichen wird, so ist es möglich, eine unterschiedliche Energieeinstrahlung dadurch zu erreichen, daß die Strahlintensität und/oder die Belichtungszeit entsprechend variiert wird.

Das beschriebene Verfahren ist auch auf negative Photolacke anwendbar, d.h., auf solche Photolacke, die beim Belichten vernetzen. Es kommt in diesem Fall auf die unterschiedlichen Löslichkeiten beim Entwickeln der nicht belichteten und der teilweise belichteten Photolackgebiete an. Die teilweise belichteten Gebiete müssen hinreichend vernetzt sein, damit sie beim ersten Entwicklungsschritt, bei dem die nicht belichteten Gebiete des Photolacks entfernt werden, stehen bleiben.

FI 972 099

409847/1046

Claims

PATENTANSPRÜCHE

Iy/ Verfahren zum Herstellen maskierender Huster aus Photolack auf selektiv zu bearbeitenden Substratoberflächen, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die zu bearbeitende Substratoberfläche aufgebrachte Photolackschicht selektiv mit unterschiedlichen Strahlungsenergiemengen belichtet und anschließend in aufeinanderfolgenden Entwicklungsschritten mit Entwicklern zunehmender Lösungsfähigkeit behandelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Variation der Strahlungsenergiemenge die die Photolackschicht erreichende Strahlungsintensität variiert wird,
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Variation der Strahlungsenergiemenge die Belichtungszeit variiert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Maske mit sich durch ihre optische Durchlässigkeit unterscheidenden Bereichen belichtet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Maske mit sich durch ihre Strahlungsabsorbtion unterscheidenden Bereichen belichtet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 2 und/oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem die Photolackschicht abtastenden fokussierten Strahl mit regelbarer Intensität und/oder Abtastgeschwindigkeit bestrahlt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl aus Licht, atomischen Teilchen oder Elektronen gebildet wird.

FI .972 099 409847/10
8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Photolackschicht hintereinander mehrfach belichtet wird, wobei bei jeder Belichtung die Maske gewechselt wird und Masken verwendet werden, die übereinander justiert summierte Schichtdicken ergeben, die sich bereichsweise unterscheiden.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beeinflussung der Lösungsfähigkeit des Entwicklers die Konzentration einzelner Bestandteile variiert wird.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung der Photolackschicht ein negativer Photolack verwendet wird.
11. Verfahren nach-sinem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurah gekennzeichnet, daß zur Herstellung der Photolackschiclrfc ein pos±tiver Photolack verwendet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als positiver Photolack ein m-Kresol-Formaldehyd-Novolak-Harz mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 1 000 verwendet wird, das als Sensibilisator einen 2-Diazo-Naphtochinon-5-Sulfonsäureester von 2,3,4-Trihydroxybenzophenon enthält.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Entwickler eine alkalische (ρ^ΐ3) , wässrige Lösung verwendet wird, die etwa 5 % Festkörpergehalt hat, der aus Natriummetasilikat und Natriumphosphat besteht.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verminderung der Lösungsfähigkeit des Entwicklers sein Festkörpergehalt entsprechend erniedrigt wird.

^{FI 972} °" 409847/1CK6

" ¹⁸ " · 2^20589
15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Aufbringen der Photolackschicht diese durch eine exakt zum Substrat justierte Maske mit einem 100 %ig, einem 0 %ig durchlässigen und einem Bereich, dessen Durchlässigkeit dazwischen liegt, belichtet und anschließend mit einem ersten, nur den Photolackbereich mit dem geringsten Polymerisationsgrad lösenden Entwickler behandelt wird, daß die dabei freigelegte Substratoberfläche bearbeitet wird, daß dann das stehen gebliebene Photolackmuster mit einem zweiten, den Photolackbereich mit dem mittleren Polymerisationsgrad lösenden Entwickler behandelt wird und anschließend die bei der zweiten Entwicklung oder die bei beiden Entwicklungen freigelegte Substratoberfläche bearbeitet wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bearbeitung der Substratoberfläche geätzt und/oder plattiert wird.

^FI972099 409847/1046

Leerseite