DE2424338C2

DE2424338C2 - Verfahren zum Aufbringen von Mustern dünner Filme auf einem Substrat

Info

Publication number: DE2424338C2
Application number: DE2424338A
Authority: DE
Inventors: Kurt Rudolph Beacon N.Y. Grebe
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1973-07-31
Filing date: 1974-05-18
Publication date: 1982-05-06
Also published as: FR2239709B1; FR2239709A1; US3849136A; GB1422080A; DE2424338A1; JPS5815942B2; JPS5038059A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Niederschlagen eines aus einem dünnen Film bestehenden Musters auf einem Substrat, bei welchem zunächst auf dem Substrat eine Schicht aus einem Material aufgebracht wird, das in ein Muster umgewandelt werden kann, worauf auf dieser Schicht eine Maskenschicht niedergeschlagen und in dieser ein Muster zur Bildung von Öffnungen hergestellt wird, die sich nach Entfernen der ersten Schicht innerhalb der Öffnungen bis auf das Substrat erstrecken, wonach durch die miteinander ausgerichteten Öffnungen ein dünner Film auf dem Substrat niedergeschlagen wird.

Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der

DE-OS 19 06 755 bekannt

Derzeit werden auch Muster, beispielsweise Leitungsmuster, in dünnen, im Vakuum niedergeschlagenen Masken in der Weise hergestellt, daß ein Ätzvorgang in Anwesenheit einer gegen das Ätzmittel widerstandsfähigen Photolackschicht in der Nachbarschaft des Substrats durchgeführt wird, auf dem der Niederschlag aufgebracht werden soll. Es sind jedoch Fälle denkbar, bei denen andere Verfahren bevorzugt werden sollen, da beispielsweise das Ätzmittel das Substrat oder andere etwa vorhandene Schichten angreifen könnte oder auch aus anderen Gründen. Allgemein üblicherweise benutzte andere Verfahren sind in folgenden Literaturstellen beschrieben:

l. T. D. Schlaback und andere »Printed and Integrated Circuitry«, Seiten 352 bis 353, McGraw-Hill New York 1963,

2. K. C. Hu, »Expendable Mask: Ein neues Verfahren zur Herstellung von Mustern auf aufgedampften

Metallfilmen« in »Electron Packaging and Production«, Oktober 1967,

3. M. Hatzakis, »Electron Resist for Micro-Circuit and Mask Production« in J. Electro-Chemical Society, Nr. 116, Seite 1033 von 1969,

4. H. I. Smith und andere »A High-Yield Photolithographic Technique for Surface Wave Devices«, J. Electro-Chemical Society, Jahrgang 118, Seite 821 von 1971.

•»ο Diese anderen Verfahren betreten die Bildung eines Musters aus Photolack, Photoresist oder einer anderen Art von Schicht auf einem Substrat (das ebenfalls zuvor als Muster aufgebrachte Schichten enthalten kann) vor dem Niederschlag der Schicht, für die das Muster vorgesehen ist. Das Bilden eines Musters in der niedergeschlagenen Schicht wird durch nachfolgendes chemisches Entfernen des Photolacks oder Photoresists erzielt, wodurch auch diejenigen Teile der niedergeschlagenen Schicht entfernt werden, die auf dem Photolack niedergeschlagen sind. Das chemische Entfernen wird im allgemeinen durch Auflösen oder Quellen etc. der Photolackschicht erreicht. Man hat unter Fachleuten auf diesem Gebiet die Erfahrung gemacht, daß dann, wenn der Niederschlag nicht unter einem Winkel sehr nahe.an der Flächensenkrechten stattfindet und die niedergeschlagene Schicht relativ dünn ist (und vorzugsweise auch noch unter hoher Beanspruchung steht), das Entfernen des Musters aus Photolack ein Abziehen oder Ablösen an den Kanten der niedergeschlagenen, ein Muster bildenden Schicht zur Folge hat. Um dieses Problem noch näher zu erläutern sei angenommen, daß die niedergeschlagene Schicht auf dem Substrat und auf der Photolackschicht einschließlich der Kanten der Photolackschicht gebildet ist. An den Kanten der Photolackschicht ist es schwierig, den niedergeschlagenen Film abzulösen, ohne die Kanten der auf dem Substrat gebildeten, niedergeschlagenen Schicht abzuziehen. Um diese Schwierigkeit zu

umgehen, weist die Photolackschicht vorzugsweise eine gewisse Unterschneidung auf. Das heißt, diese Unterschneidung wird bei der Bildung des Musters durchgeführt. Das ist deshalb erforderlich, damit die Photolackschicht und die niedergeschlagene Schicht auf der Photolackschicht entfernt werden können, ohne an den Kanten der niedergeschlagenen Schicht auf der Substratoberfläche zu ziehen.

Diese Unterschneidung hat man bisher durch verschiedenste Verfahren, wie sie in den Literaturstellen 2 und 3 beschrieben sind, erzielt Gemäß Literaturstelle 2 ist die Schablone durch Kupferplattierung hergestellt worden, während in der Literaturstelle 3 eine Belichtung eines positiv wirkenden Elektronenstrahlresists durch einen Elektronenstrahl benutzt wurde, um die erforder- is liehe Unterschneidung herzustellen.

Es ist an sich schwierig, ein unterschnittenes Photolackmuster herzustellen, da die Kanten des Photolackmusters an der Unter- und Oberseite des Musters abgerundet sind und im allgemeinen eher mit einer Abrundung als mit einer Unterschneidung zu rechnen ist (d. h_n die Abrundung an der Kante der Photolackmaske verläuft oft in der falscher· Richtung).

Verfahren und Maske gemäß der vorliegenden Erfindung soll im Zusammenhang mit einem Verfahren zur Herstellung einer zusammengesetzten Struktur eingesetzt werden, die sich für den Niederschlag dünner Filme eignet und bei welcher die Schwierigkeit eines möglichen Abziehens der Kanten nicht auftritt. Dabei treten die sonst üblichen Ausrichtschwierigkeiten und Einschränkungen in der Materialdicke nicht auf, die sich sofort ergeben, wenn man zum Herstellen von Unterschneidungen laminierte Maskenstrukturen be nutzt.

Als Beispiel einer laminierten Maske dieser Art sei auf IBM Technical Disclosure Bulletin, Band 12, Nr. 11, April 1970, Seite 1975, verwiesen.

Es ist also Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Niederschlagen von Mustern auf dünnen Filmen anzugeben, die nicht nur wohldefinierte Kanten aufweisen, sondern sich auch nicht an den Kanten ablösen. Ferner sollen beim Niederschlag der dünnen Filme keine nachteiligen Einwirkungen auf das Substrat oder auf andere auf dem Substrat befindliche Schichten eintreten.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß auf dem Substrat zunächst eine positive Photolackschicht, dann eine Maskenschicht und darüber wieder eine Photolackschicht niedergeschlagen werden, daß durch Herstellen eines Musters in der zweiten Photolackschicht die darunterliegenden Teile der Maskenschicht freigelegt werden, daß anschließend die so freigelegten Teile der Maskenschicht entfernt werden, daß dann in der ersten Photolackschicht durch überbelichten mit den öffnungen in der Maskenschicht ausgerichtete öffnungen erzeugt werden, deren Abmessungen größer sind, als die der öffnungen in der Maskenschicht, und daß dann durch die miteinander ausgerichteten öffnungen unter Verwendung der Maskenschicht als Maske auf dem Substrat ein dünner eo Film niedergeschlagen wird.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

In den Zeichnungen zeigen

Fig. IA bis IF die verschiedenen Verfahrensschritte zum Herstellen von Mustern dünner Filme unter Verwendung einer zusammengesetzten Maske; F i g. 2 ein Diagramn der Differenz in der Spaltbreite [Δ) der darunterliegenden Photoiackschicht und der darüberliegenden Maskenschicht als eine Funktion der Belichtungszeit der darunterliegenden Photoiackschicht; und

F i g. 3 ein Diagramm zur Darstellung der Differenz in der Spaltbreite (Δ) in der darunterliegenden Photoiackschicht und der darüberliegenden Maskenschicht als Funktion der Spaltbreite der Maskenschicht.

F i g. 1A bis 1F zeigt die einzelnen Verfahrensschritte zur Bildung und Verwendung einer zusammengesetzten Maske für den Niederschlag eines dünnen Films. In Fig. IA ist auf einem Substrat 10 eine erste photoempfindliche Schicht 12 angebracht, auf der eine Maskenschicht 14 liegt. Auf der Maskenschicht 14 ist eine weitere photoempfindliche Schicht 16 aufgebracht Im vorliegenden Fall sind die Schichten 12 und 16 aus Photolack oder Photoresist und haben eine Dicke von 1,5 Mikron, während die Maskenschicht 14 eine Dicke von etwa 1 Mikron aufweist. Die Maskenschicht kann zweckmäßigerweise aus einem im Vakuum niedergeschlagenen Metall, wie z. B. Aluminum, bestehen.

Die Photolackschichten 12 und ta werden zweckmäßigerweise durch Schleudern bei 35üO Umdrehungen pro Minute aufgebracht Die untere Photoiackschicht 12 wird beispielsweise vor dem Aufbringen der Maskenschicht 14 für eine Stunde bei 8O⁰C ausgehärtet und die obere Photoiackschicht 16 wird für eine Stunde bei 70° C ausgehärtet.

Wenn die Maskenschicht aus Aluminium besteht, wird sie zweckmäßigerweise im Vakuum aus einem durch Hochfrequenz erhitzten Bor-Nitrid-Schiffchen heraus niedergeschlagen, während das Substrat (die Oberfläche des Photolacks 12) während des Filmniederschlags auf Zimmertemperatur gehalten wird.

Fig. IB zeigt die zusammengesetzte Struktur mit einem Muster in der obersten Photoiackschicht 16. Dieses Muster wird dadurch erzielt, daß die Photoiackschicht 16 in üblicher Weise belichtet wird. Nach der Belichtung erfolgt die Entwicklung und liefert dann ein Muster in der oberen Schicht 16, wie in Fig. IB angedeutet.

Fig. IC zeigt die Struktur nachdem ein ähnliches Muster in der Maskenschicht 14 hergestellt wurde. Dieses Muster wird zweckmäßigerweise durch Ätzen der Maskenschicht 14 erzielt. Ist beispielsweise die Maskenschicht ein Aluminiumfilm, dann wird am vorteilhaftesten mit einer Ätzlösung gearbeitet, die aus einer Mischung von Phosphorsäure und Salpetersäure besteht.

Fig. ID zeigt die zusammengesetzte Struktur nach Überbelichtung und Entwicklung der Photoiackschicht 12 unterhalb der öffnung in der Maskenschicht 14 und der Photoiackschicht 16. Die Überbelichtung der Photoiackschicht 12 in der Öffnung 18 unter Verwendung der darüberliegenden öffnung in der Maskenschicht als Belichtungsmaske mit anschließender Entwicklung des Photolacks führt zur Formgebung in Fig. ID. Diese Struktur ist durch eine vom Substrat 10 durch eine darunterliegende Photoiackschicht >2 getrennte Mas^.enschicht 14 gekennzeichnet. Die Maskenschicht 14 hat einen gewissen Überhang über die Photoiackschicht 12 und gibt damit unterschnittene Kanten, was für den nachfolgenden Niederschlag eines dünnen Films auf das Substrat 10 von Vorteil ist.

Der Niederschlag eines dünnen Films auf das Substrat 10 unter Verweniing der Maske der Fig. IB ist in F i g. 1E gezeigt. Der Film 20 wurde in an sich bekannter Weise niedergeschlagen und bildet die obere Oberflä-

ehe des Substrats 10 und auch der Maskenschicht 14. Beispielsweise kann der so niedergeschlagene Film aus einem Metall oder einem Isoliermaterial bestehen.

In Fig. IF wird die zusammengesetzte Struktur aus Maskenschicht. Photclackschicht zusammen mit den Teilen des dünnen Filmes 20 entfernt, der über der zusammengesetzten Maske liegt. In einfacher Weise wird diese strukturierte Schicht dadurch entfernt, daß man die ganze Struktur in ein Lösungsmittel, z. B. Aceton, für 10 bis 20 Minuten einlegt, wodurch die Struktur gemäß F i g. IF entsteht.

In einem Ausführungsbeispiel wurde eine zusammengesetzte Maske mit einer Dicke der Photolackschicht von etwa 1,5 Mikron und einer Dicke der Maskenschicht von etwa 1 Mikron Dicke benutzt, um einen Film von I Mikron Dicke niederzuschlagen, woraus erhellt, daß dünnere Filme bei Benutzung dieses Verfahrens leichler niedergeschlagen werden können. In manchen Fällen wird dieses Verfahren auch dazu benutzt, um I ilme. die dicker sind als 1 Mikron, niederzuschlagen. Ferner soll darauf hingewiesen werden, daß die Kanten des so niedergeschlagenen Filmes glatt sind und daß hier kein Ablösen an den Kanten zu befürchten ist. wie dies bisher der Fall war. Man erhält auf diese Weise ein einfaches Herstellungsverfahren unter Verwendung von Materialien (wie z. B. Aluminium) für die Maskenschichten. die von dem Substrat durch eine darunterliegende photoempfindliche Schicht getrennt sind. Die Maskenschicht ist dabei eine auf die darunterliegende photoempfindliche Schicht niedergeschlagene zweite Schicht, statt einer separaten Maske, die in Kontaktberührung und über einer darunterliegenden Maske aufgebracht wird. Dies gestattet eine Herstellung mit Dünnfilmvcrfahren und liefert Masken mit genau einstellbarem Abstand von dem Substi at.

Um nun festzustellen, wie stark die untenliegende Photolackschicht 12 überbelichtet werden muß. um einen entsprechenden Betrag an Unterschneidung zu erzielen, wurden verschiedene Muster mit Spaltbreiten der Maskenschicht zwischen 0.015 und 0.143 mm mit verschiedenen Belichtungszeiten der darunterliegenden Photolackschicht 12 behandelt. Anschließend wurden die Spaltbreiten in der Maskenschicht 14 und nach Entfernen dieser Maskenschicht 14 durch Ätzen in der darunterliegenden Photolackschicht 12 gemessen. In diesen Beispielen war die darunterliegende Schicht ein Photolack, während die Maskenschicht aus Aluminium bestand. Die Photolackschicht 12 hatte dabei eine Stärke von etwa 1.5 Mikron, während die Aluminiumschicht etwa 1 Mikron stark war.

F i g. 2 zeigt angenähert die für J gefundene Abhängigkeit, d. Iv. die Differenz in der Spaltbreite der darüberliegenden Aluminiumschicht 14 und der darunterliegenden Photolackschicht 12. Wie sich aus Fig. 2 eindeutig erkennen läßt, ist die Zunahme von Δ mit Zunahme der Belichtungszeit nichtlinear, wie aus der Abnahme der Lichtintensität von dem F.indringabstand unterhalb der Aluminiumschicht 14 zu erwarten war. Eine Belichtungszeit von 5 Minuten ergab eine Spaltbreitendifferenz Δ von etwa 0.0025 mm, was einem Überhang von etwa einem Mikron (etwa die Stärke des Aluminiumfilms) an jeder Kante der öffnung 18

ίο entspricht. Um eine ausreichende Toleranzgrenze für den Niederschlag dünner Filme von etwa I Mikron Stärke zu schaffen, wurde gefunden, daß eine Belichtungszeit von etwa 10 Minuten im allgemeinen vorzuziehen ist.

η Fig. 3 zeigt die Spalibreitendifferenz J als Funktion der Breite des Spaltes in der Maskenschicht. Wiederum bestand hier die Maskenschicht aus Aluminium. Wie man aus F i g. 3 erkennt, nimmt der Wert von Δ über den betrachteten Bereich nur geringfügig zu. Es ist möglich.

:n daß dies auf einer Kombination einer wirksameren Lichtdurchdringung und Ansammlung von Entwicklerflüssigkeit unterhalb des Aluminiums in Flächenmustern mit größeren öffnungen oder Spaltbreiten zurückzuführen ist. Da jedoch die relative Zunahme des Wertes von

>ϊ Δ über den hier betrachteten Bereich nur etwa 1% beträgt, kann die auf diese Weise festzustellende Verfälschung des Musters für alle praktische Zwecke als vernachlässigbar angesehen werden.

In dtr vorangegangenen Beschreibung war ein neues

in Verfahren zum Niederschlagen von Mustern dünner Filme auf einem Substrat unter Verwendung einer geätzten, zusammengesetzten und zerstörbaren Maske beschrieben worden. Die Maskenschicht besteht dabei aus einem ätzbaren Material, wie z. B. einem Metall, das

Ji von dem Substrat durch eine darunterliegende, unterschnittene, photoempfindliche Schicht, beispielsweise aus Photoresist oder Photolack, getrennt ist. Dieses Verfahren eignet sich sehr gut zum Aufbringen von im Vakuum niedergeschlagenen Filmen aus den unterschiedlichsten Materialien und ist im allgemeinen sehr gut brauchbar zur Erzeugung von Mustern, beispielsweise von Leitungsmustern, mit öffnungen. Spalten und dergleichen mit den verschiedensten Abmessungen. Der in einem solchen Muster durch die Maske hindurch niedergeschlagene Film zeigt kein Ablösen an den Kanten. Wenn die zusammengesetzte Maske entfernt wird, kann ein ganz feiner Rest an der Kante des niedergeschlagenen Films verbleiben. Diesen kann man jedoch in einfachster Weise dadurch beseitigen, daß

so man das Substrat mit dem darauf niedergeschlagenen Film in einen Entwickler für Photolack für mehrere Sekunden eintaucht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Niederschlagen eines aus einem dünnen Film bestehenden Musters auf einem Substrat, bei welchem zunächst auf dem Substrat eine Schicht aus einem Material aufgebracht wird, das in ein Muster umgewandelt werden kann, worauf auf dieser Schicht eine Maskenschicht niedergeschlagen und in dieser ein Muster zur Bildung von Öffnungen hergestellt wird, die sich nach Entfernen der ersten Schicht innerhalb der Öffnungen bis auf das Substrat erstrecken, wonach durch die miteinander ausgerichteten Öffnungen ein dünner Film auf dem Substrat niedergeschlagen wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Substrat zunächst eine positive Photolackschicht, dann eine Maskenschicht und darüber wieder eine Photolackschicht niedergeschlagen werden, daß durch Herstellen eines Musters in der zweiten Photolackschicht die darunterliegenden Teile der Maskenschicht freigelegt werden, daß anschließend die so freigelegten Teile der Maskenschicht entfernt werden, daß dann in der ersten Photolackschicht durch Überbelichten mit den Öffnungen in der Maskenschicht ausgerichtete Öffnungen erzeugt werden, deren Abmessungen größer sind, als die der Öffnungen in der Maskenschicht, und daß dann durch die miteinander ausgerichteten Öffnungen unter Verwendung der Maskenschicht als Maske auf dem Substrat ein dünner Film niedergeschlagen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Maskenschicht ein ätzbares Material verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Vür die Maskenschicht eine Schicht von ungefähr 1 μπι St.rke verwendet wird, und daß für die erste Photolackschicht eine Schicht von etwa 1,5 μπι Stärke verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Öffnungen in der Maskenschicht zwischen 0,0127 und 0,127 mm beträgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Maskenschicht auf die erste Photolackschicht aus dem Vakuum niedergeschlagen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Maskenschicht an den Kanten ihrer Öffnungen über die erste Photolackschicht um einen Betrag hinausragt, die ungefähr der Dicke der Maskenschicht entspricht.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Maskenschicht eine metallische Schicht verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als dünner Film ein metallischer Film niedergeschlagen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als dünner Film ein Isoliermaterial verwendet wird.