DE2429284C3

DE2429284C3 - Verfahren zur Herstellung von farbigen Fotomasken

Info

Publication number: DE2429284C3
Application number: DE19742429284
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Filing date: 1974-06-19
Publication date: 1977-03-17

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf die Mikroschaltungstechnik, insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung von farbigen Fotomasken, die bei der Produktion von gedruckten Schaltungsplatten sowie Dünnschicht- und Integralmikroschaltung eingesetzt werden.

Allgemein bekannt ist ein Verfahren zur Herstellung von farbigen Fotomasken durch Vakuumaufschoopieren einer dünnen Metallschicht auf eine Glasunterlage, Formieren des erforderlichen Bildes, das sich aus einer Fotowiderstandsschicht zusammensetzt, auf der Metallschicht und nachfolgendes Beseitigen der von der Fotowiderstandsschicht nicht geschützten Metallschichtabschnitte mittels chemischer Ätzung.

Beim bekannten Verfahren werden zur Herstellung der dünnen Metallschicht Chrom, Nickel, Silber, Kupfer, Wolfram und Molybdän verwendet, wobei Chrom in der Praxis bevorzugt wird, weil es eine hohe Abriebfestigkeit und ein gutes Haftvermögen an der Glasunterlage aufweist.

Die nach dem genannten Verfahren gefertigte metallisierte Fotomaske weist eine hohe optische Dichte auf, doch haften ihr solche Mängel wie das Fehlen der Durchsichtigkeit im Bereich der sichtbaren Wellenlängen und ein hoher Reflexionskoeffizient an, die ihren Einsatz bei der Herstellung von gedruckten Schaltungsplatten und Mikroschaltungen erschweren.

Allgemein bekannt ist auch ein Verfahren zur Herstellung von Emukionsfotomasken, die selektiv Licht durchlassen; die Durchführung dieses Verfahrens führte jedoch zu einer Reihe von Schwierigkeiten, die mit der Gewinnung organischer Materialien verbunden sind, die die erforderliche Absorption in dem Wellenlängenbereich haben, wo die üblichen Fotowiderstandszellen ansprechen.

Neben den undurchsichtigen Chromfotomasken und Emulsionsfotomasken sind auch semitransparente Fotomasken bekannt (Sonderdruck aus »Photographic und Film in Industrie und Technik III, Bericht über den III.

Internationalen Kongreß für Photographic und Film in Industrie und Technik«, Köln, 6. - 8. OkL 1970), deren aktives Material aus einer gefärbten Emulsionsschicht, einer Fotolackschicht oder einem Dünnfilm aus der Gruppe Fe₂O₃, Si, SiO bzw. der Gruppe ZnSe, CdS besteht. Die semitransparente Emulsionsmaske hat jedoch nur eine nutzbare Linienbreite von 10 μπι, die Fotolackschichtmaske eine Schichtdicke von 3,3 μπι und dementsprechend auch eine nutzbare Linienbreite von einigen μπι, während mit den Dünnfilmmasken nutzbare Linienbreiten von 1 bis 2 μπι erreicht werden.

Schließlich ist noch ein Verfahren zur Herstellung von im sichtbaren Licht semitransparenten, d.h. farbigen Fotomasken bekannt, das darin besteht, daß man die eine Oberfläche einer flachen Glasunterlage, die mit ihrer anderen Oberfläche über eine elektrisch leitende Schmelze geführt wird, mit einem färbenden Metall wie Kupfer, Gold, Silber oder Indium legiert, danach die legierte Oberfläche dieser Glasunterlage mittels Reduktion des färbenden Metalls färbt, weiterhin eine Schutzschicht auf der färbenden Metallschicht formiert, die dem vorgegebenen Bild entspricht, und schließlich die nicht geschützten Abschnitte der gefärbten Schicht der Glasunterlage entfernt und die Schutzschicht abträgt (s. beispielsweise DT-PS 20 16 056).

Die auf diese Weise gefertigten farbigen Fotomasken besitzen eine optische Dichte von etwa 1,5 Einheiten und eine Dicke der gefärbten Schicht der Glasunterlage von etwa 1 μιη.

Die minimale Linienbreite des vorgegebenen Bildes auf der farbigen Fotomaske entspricht zwei Dicken der gefärbten Schicht und für die mittels des bekannten Verfahrens gefertigten Fotomasken beläuft sich diese minimale Linienbreite auf 2 μηι. was für eine Reihe von Fällen ein Nachteil ist. Wenn auch dem bekannten Verfahren zur Herstellung farbiger Fotomasken als Methode, die es ermöglicht, Erzeugnisse mit niedrigen Selbstkosten und hohen Betriebseigenschaften zu erhalten, der Vorzug eingeräumt wird, ist darauf hinzuweisen, daß das relativ niedrige Auflösungsvermögen der so gefertigten farbigen Fotomasken für einen Teilaufgabenkreis nicht annehmbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses zuletzt er'äuterte Verfahren so weiter zu entwickeln, daß danach Fotomasken mit der erforderlichen optischen Dichte und einer verringerten Dicke der gefärbten Schicht herstellbar sind, bei der das Auflösungsvermögen der Fotomasken gegenüber dem der bekannten semitransparenten Fotomasken verbessert ist, und daß es auch eine wirtschaftliche Fertigung von Fotomasken großer Abmessungen mit möglichst gleichmäßigen Eigenschaften zuläßt.

Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist ein Verfahren zur Herstellung farbiger Fotomasken, bei dem man die eine Oberfläche einer flachen Glasunterlage, die mit ihrer anderen Oberfläche über eine elektrisch leitende Schmelze geführt wird, mit einem färbenden Metall legiert, das Kupfer, Gold, Silber oder Indium sein kann, nachfolgend diese legierte Oberfläche der Glasunterlage mittels Reduktion des färbenden Metalls färbt, weiter auf der gefärbten Schicht der Glasunterlage eine Schutzschicht formiert, die dem vorgegebenen Bild entspricht, nachher die nicht geschützten Abschnitte der gefärbten Schicht entfernt und schließlich die Schutzschicht abträgt, mit dem Kennzeichen, daß man vor dem Legieren der genannten Oberfläche der Glasunterlage eine Elektrodiffusion der Ionen des !färbenden Metalls aus einer Schmelze von

Blei mit dem färbenden Metall vornimmt, worauf die Reduktion des färbenden Metalls erfolgt, und die Legierung mittels mehrmaliger Electrodiffusion der Ionen des färbenden Metalls aus Schmelzen des färbenden Metalls mit Blei, Zinn, Wismut oder Thallium durchgeführt

Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß die erforderliche optische Dichte bei einer Dicke der gefärbten Schicht von nur 0,3 bis 0,4 μιη gewährleistet ist, so daß sich eine nutzbare Linienbreite von weniger als 1 μπι ergibt, die einem praktisch allen Anforderungen entsprechenden Auflösungsvermögen entspricht. Gleichzeitig ist das Verfahren insofern vorteilhaft, als es die Herstellung auch sehr großer Fotomaskenflächen von einigen m² mit gleichmäßigen, d. h. nur bis etwa 5% schwankenden Eigenschaften in wirtschaftlicher Weise ermöglicht.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Beschreibung konkreter Ausführungsbeispiele und der Zeichnung näher erläutert; darin zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung farbiger Fotomasken,

Fig. 2 die Abhängigkeit der optischen Dichte der gefärbten Schicht von der Dicke dieser Schicht für verschiedene Varianten der zu verwendenden Schmelzen,

Fig.3 eine zweite Art der Abhängigkeit der optischen Dichte der gefärbten Schicht von ihrer Dicke für verschiedene Varianten der zu verwendenden Schmelzen,

F i g. 4 eine dritte Art der Abhängigkeit der optischen Dichte der gefärbten Schicht von ihrer Dicke für verschiedene Varianten der zu verwendenden Schmelzen,

F i g. 5 eine Glasunterlage mit einer gefärbten Schicht und der auf ihr formierten Schutzschicht im Schnitt,

Fig.6 dieselbe Giasunterlage nach der tntternung der ungeschützten Abschnitte der gefärbten Schicht im Schnitt, F i g. 7 eine fertige farbige Fotomaske im Schnitt.

Es folgt ein konkretes Beispiel des Verfahrens zur Herstellung farbiger Fotomasken.

Die auf 600 bis 800°C erhitzte Glasunterlage 1 (Fig. 1), die eine Glastafel darstellt, bewegt man im reduzierenden Wasserstoffmedium in der vom Pfeil nach rechts angezeigten Richtung über die Oberfläche 2 der Zinnschmelze, die eine elektrisch leitende Oberfläche darstellt. Anstelle von Zinn kann jeder andere Werkstoff verwende* werden, der elektrische Leitfähigkeit besitzt.

An der Außenfläche der Glasunterlage 1 wird ein System 3 von Elektroden angeordnet und an den positiven Pol der Gleichstromquelle angeschlossen, deren negativer Pol mit der Oberfläche 2 der Zinnschmelze verbunden ist. In dem genannten Elektrodensystem 3 wird die erste Elektrode 4 elektrisch mit der Außenfläche der Glasunterlage 1 durch eine Schmelze 5 von Blei mit Kupfer gekoppelt, das als färbendes Metall dient; die zweite Elektrode 6 wird elektrisch mit dieser Außenfläche der Glasunterlage 1 durch die Schmelze 7 von Zinn mit Kupfer, die dritte Elektrode 8 durch die Schmelze 9 von Wismut mit Kupfer und die vierte Elektrode 10 durch die Schmelze 11 von Thallium mit Kupfer verbunden, wobei die <\s Ordnung der Reihenfolge der Schmelzen 7, 9 und 11 beliebig sein kann.

Die jeder Elektrode entsprechende Schmelze wird auf derselben mit Hiife ein;:s der bekannten Verfahren gehalten.

Bei der Bewegung der Glasunterlage t in der vom Pfeil nach rechts angezeigten Richtung gelangt die Außenoberfläche der Glasunterlage 1 zuerst in den Wirkungsbereich der Elektrode 4. Dabei erfolgt die Elektrodiffusion, d. h. daß unter Einwirkung des elektrischen Feldes die Ionen von Kupfer aus der Schmelze 5 in die Oberflächenschicht der Glasunterlage 1 eindringen. Die Dicke der mit Kupferionen gesättigten (legierten) Schicht 12 hängt von der Zeit der Einwirkung der Schmelze 5, von der Stromdichte und von der Temperatur der Erhitzung der Glasunterlage 1 ab. Im nächsten Moment erfolgt unter Einwirkung des Wasserstoffreduktionsmittels die Reduktion von Kupferionen bis zum Aiomzustand, was eine rötliche Färbung des Abschnitts der Glasunterlage hervorruft, der der Einwirkung der Elektrode 4 ausgesetzt wird. Bei der weiteren Verschiebung der Glasunterlage 1 gelangt dieser gefärbte Abschnitt nacheinander unter die Einwirkung der Elektroden 6, 8 und 10, deren Wirkung analog der für die Elektrode 4 beschriebenen Wirkung ist und welche anschließend die Färbungsintensität der Schicht 12 verstärken, ohne dabei ihre Dicke praktisch zu vergrößern.

Das ist auf die vorhergehende Einwirkung des färbenden Metalls aus der Bleischmelze auf die Außenoberfläche der Glasunterlage 1 zurückzuführen, die Bedingungen schafft, bei denen während der Bearbeitung der Glasoberfläche mit färbendem Metall (in diesem Fall mit Kupfer) aus der Schmelze von Zinn, Wismut und Thallium die Dicke der gefärbten Schicht 12 praktisch der Dicke entspricht, die bei der Primärbearbeitung mittels der Elektrode 4 erzeugt wird.

In F i g. 2 ist die Abhängigkeit der optischen Dichte D der gefärbten Schicht (Ordinatenachs.·;) von der Dicke h (Abszissenachse) dieser Schicht, die unter Einwirkung der Schmelze 5 (Fig. 1) von Blei und Kupfer auf die Glasunterlage 1 gebildet ist, durch die Kurve 13 dargestellt.

In derselben F i g. 2 ist die gleiche Abhängigkeit auch für den Fall gezeigt, wenn als Schmelze 5 (Fig. 1) Wismut mit Kupfer (Kurve 14) verwendet wird.

Aus den gezeigten Abhängigkeiten ist zu ersehen, daß bei gleichen Werten der optischen Dichte D die Dicke h der gefärbten Schicht 12 (Fig. 1) im Falle der Verwendung von Blei mit Kupfer als Schmelze 5 kleiner ist.

Wenn als Schmelzen 7, 9 und It, die auf die Glasunterlage 1 nach der Einwirkung der Schmelze 5 wirken, Blei mit Kupfer verwendet werden, so führt die Vergrößerung der optischen Dichte praktisch nicht zur Vergrößerung der Dicke der Schicht 12, was aus den in F i g. 3 abgebildeten Abhängigkeiten ersichtlich ist.

Hier stellt die Kurve 15 die Abhängigkeit der optischen Dichte D von der Dicke h der gefärbten Schicht 12 (F ig. l)nach Einwirkung der Schmelze 5 dar und wird mittels einer schrittweisen Verringerung der Dicke der Schicht 12 durch die Entfernung der Abschnitte der gefärbten Schicht 12 ermittelt.

Die nächsten Kurven 16 und 17 (Fig. 3) zeigen dieselbe Abhängigkeit, jedoch erst nach der Einwirkung der Schmelzen 7 und 9 (F ig. 1) auf die Glasunterlage 1.

In Fig. 4 erkennt man die Abhängigkeit der optischen Dichte D von der Dicke h der gefärbten Schicht 12 (Fig. 1), die durch die Einwirkung der Schmelze 5 von Blei mit Kupfer und die mehrmalige nachfolgende Einwirkung der Schmelzen 7,9 und 11 von

Wismut mit Kupfer (Kurve 18) auf die Glasunterlage 1 erzeugt wird, und die Abhängigkeit der optischen Dichte D von der Dicke Λ der gefärbten Schicht 12 (Fig. 1), die durch Einwirkung der Schmelze 5 von Wismut mit Kupfer und die nachfolgende mehrmalige Einwirkung der Schmelzen 7,9 und und 11 von Wismut mit Kupfer (Kurve 19) erzeugt wird.

Aus der Analyse der oben angeführten Abhängigkeiten ergibt sich, daß die erforderliche optische Dichte D bei einer kleineren Dicke h der gefärbten Schicht 12 (Fig. 1) in dem Falle erreicht wird, wenn vor der mehrmaligen Legierung der Oberfläche der Glasunterlage 1 aus den Schmelzen 7, 9 und 11 eine zusätzliche Legierung der Oberfläche aus der Schmelze 5 von Blei mit Kupfer durchgeführt wird.

Nach Einwirkung durch die Schmelzen 5, 7, 9 und 11 wird auf der Glasunterlage 1 die gefärbte Schicht 12 mit der erforderlichen optischen Dichte D (Färbungsintensität) und Dicke h erzeugt.

Im weiteren wird unter Zuhilfenahme eines der allgemein bekannten Verfahren auf der gefärbten Schicht 12 der Glasunterlage 1 die Schutzschicht 20 (Fig.5) aus einem Fotowiderstandsschichtstoff formiert, der dem erforderlichen Bild entspricht. Im nächsten Schritt werden die ungeschützten Abschnitte der gefärbten Schicht 12 (F i g. 6) entfernt und dann die Schutzschicht 20 aus Fotowiderstandsschichtstoff abgetragen. In Fig. 7 ist der Schnitt der fertigen farbigen Fotomaske mit den Abschnitten 21 der gefärbten Schicht 12 gezeigt, die dem erforderlichen Bild entsprechen.

Als färbendes Metall kann sowohl Kupfer als auch Gold, Silber und Indium verwendet werden.

Wenn als färbendes Metall wie im oben beschriebenen Fall Kupfer verwendet wird, so weisen die Abschnitte 21 eine dunkelrote Färbung auf. Bei Verwendung eines anderen färbenden Metalls (Gold, Silber, Indium) ändert sich der Prozeß der Erzeugung farbiger Fotoschablonen gegenüber dem oben beschriebenen nicht, lediglich die Farbe der gefärbten Abschnitte 21 wird anders. Im einzelnen werden bei Verwendung von Gold die Abschnitte 21 mit hellroter Farbe und bei Verwendung von Silber bzw. von Indium die Abschnitte 21 mit gelber Farbe erzeugt.

Für die Erzeugung der erforderlichen Dicke und optischen Dichte der gefärbten Schicht 12 kann die Anzahl der Schmelzen, die nach der Schmelze 5 wirken,

ίο beliebig sein, der Prozeß der Herstellung farbiger Fotomasken bleibt dabei unverändert.

Die Zusammensetzung der nachfolgenden Schmelzen kann außerdem beliebig aus den oben genannten gewählt werden.

Durch Anwendung der vorherigen Einwirkung der Bleischmelze mit färbendem Metall auf die Oberfläche der Glasunterlage 1 erhält man die erforderliche Dicke 0,3 bis 0,4 μίτι der gefärbten Schicht 12.

Das hängt damit zusammen, daß Blei in eine Tiefe bis 4 μπι ins Glas eindringt und die nachfolgende Elektrodiffusion des färbenden Metalls in einer bereits artveränderte Schicht der Glasunterlage 12 erfolgt, in der der Koeffizient der Elektrodiffusion des färbenden Metalls bedeutend geringer als im Ausgangsstoff ist.

Die Anwendung der nacheinanderfolgenden Einwirkung der Schmelze 7, 9 und 11 (Fig. 1) schafft Bedingungen für die gleichmäßige Formierung des farbigen Überzuges auf der zu bearbeitenden Gesamtoberfläche der Glasunterlage 1, die praktisch einige Quadratmeter beträgt.

Das ermöglicht, farbige Fotomasken mit größerer Arbeitsfläche herzustellen, auf denen das Bild eine minimale Größe der Linien bis 1 μΐη und kleiner hat.
Die Formierung der gefärbten Schicht 12 kann im Prozeß der Erzeugung von Poliergias auf einer Zinnschmelze erfolgen, was die Selbstkosten der Unterlagen für farbige Fotomasken gegenüber den bekannten wesentlich reduziert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung farbiger Fotomasken, bei dem man die eine Oberfläche einer flachen Glasunterlage, die mit ihrer anderen Oberfläche über eine elektrisch leitende Schmelze geführt wird, mit einem färbenden Metall legiert, das Kupfer, Gold, Silber oder Indium sein kann, nachfolgend diese legierte Oberfläche der Glasunterlage mittels Reduktion des färbenden Metalls färbt, weiter auf der gefärbten Schicht der Gtasunterlage eine Schutzschicht formiert, die dem vorgegebenen Bild entspricht, nachher die nicht geschützten Abschnitte der gefärbten Schicht entfernt und schließlich die Schutzschicht abträgt, dadurch gekennzeichnet, daß man vor dem Legieren der genannten Oberfläche der Glasunterlage (1) eine Elektrodiffusion der Ionen des färbenden Metalls aus einer Schmelze (5) von Blei mit dem färbenden Metali vornimmt, worauf die Reduktion des färbenden Metalls erfolgt, und die Legierung mittels mehrmaliger Elektrodiffusion der Ionen des färbenden Metalls aus Schmelzen (7, 9 und 11) des färbenden Metalls mit Blei, Zinn, Wismut oder Thallium durchführt.