DE2826329A1

DE2826329A1 - Verfahren zum aetzen von loechern

Info

Publication number: DE2826329A1
Application number: DE19782826329
Authority: DE
Inventors: Melvin Berkenblit; See Ark Chan; Arnold Reisman; Stanley Zirinsky
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1977-06-30
Filing date: 1978-06-16
Publication date: 1979-01-11
Also published as: IT7824500A0; FR2395820A1; IT1112266B; JPS5824503B2; CA1101765A; GB1595635A; US4106975A; FR2395820B1; JPS5456433A

Description

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

ki/se

Verfahren zum Ätzen von Löchern

Substrate, harter und relativ passiver Materialien wie Saphir, Magnesium-Aluminium-Spinell, Yttrium-Aluminium-Granat und Yttrium-Eisen-Granat mit wenigstens einer Öffnung haben einen gut definierten kristallographischen Aufbau und sind interessant für eine Anwendung als Düse in magnetischen und elektrostatischen Tintenstrahldruckern und anderen ein Gas oder eine Flüssigkeit messenden und filternden Systemen, die geeichte Düsenöffnungen erfordern. In ähnlicher Weise sind solche Substrate mit einer Mehrzahl von Öffnungen verwendbar als Substrate für integrierte Schaltungen und andere Komponenten oder als Filter oder Führung für elektromagnetische Strahlung,

In der Tintenstrahltechnik wird ein Tintenstrahl durch Vibrieren der Düse in einzelne Tröpfchen gleicher Größe aufgelöst. Das Drucken erfolgt durch Steuerung der Flugbahn der Tröpfchen auf das zu bedruckende Papier. Wichtige Charakteristik ka sind hierbei die Größe der einzelnen Düsen, der Abstand der Düsen voneinander und die Mittel für das in Schwingungenversetzen der einzelnen Düsen. Solche Faktoren beeinflussen ^; die Geschwindigkeitsgleichförmigkeit der aus den einzelnen Düsen ausgestoßenen Flüssigkeit, die Richtung der einzelnen Tröpfchen und die Entfernung des Aufbrechpunktes des Tintenstrahles in einzelne Tröpfchen vom Düsenausgang, d.h. die ■ Lage des ersten Tröpfchens.

Demzufolge ist es wichtig, daß die Verfahren zur Herstellung i ivon Öffnungen in solchen Substraten genauestens steuerbar j 'sind und dadurch die Größe und Form der Öffnungen reprodu- j

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zierbar ist. Es ist wichtig, daß das Verfahren kleine öffnungen erzeugen kann, wobei die einzelne Größe leicht gesteuert werden kann. Wenn es erwünscht ist, eine Mehrzahl von öffnungen herzustellen, ist es wichtig, daß das Verfahren eine geichförmige Größe sämtlicher öffnungen mit einem gewünschten Teilungsabstand untereinander herstellen kann. Demzufolge ist ein gebräuchlicher Weg für die Erzielung der gewünschten Steuerung derartiger öffnungen die Verwendung eines chemischen Ätzmittels, das sicher und wiederholt gleich große öffnungen eines kristallographisch definierten Aufbaues unter definierten Zuständen des eine bestimmte Orientierung aufweisenden Substrates ermöglicht.

Jedoch ist es sehr schwierig, solche Ätzmittel zu finden, infolge der vielen, miteinander konkurierenden Charakteristika, welche ein Ätzmittel besitzen muß, um das gewünschte Substrat mit einem erforderlichen, genau definierten kristallographischen Aufbau zu erzeugen. Beispielsweise muß ein geeignetes Ätzmittel fähig sein, die Oberfläche eines Substrates gleichförmig anzugreifen, unabhängig von örtlichen Unterschieden in der Zusammensetzung und von Oberflächenzuständen, iso daß das Material von der Oberfläche gleichmäßig entfernt jwird. Bei einem bevorzugten Entfernen des Materialies würde Bin wahlweises Ätzen stattfinden, wobei das Ätzmittel bevorzugt das Material angreifen würde, z.B. in Rissen und Haarrissen.

Jm die eingangs beschriebenen öffnungen zu erzeugen, muß das Ätzmittel auch die Seitenwände der öffnungen angreifen, mit einer Geschwindigkeit, die unterschiedlich ist gegenüber der die Oberfläche angreifenden. Mit anderen Worten, das Äztinittel muß nicht auswählend sein im Hinblick auf die Oberflächenorientierung, jedoch anisotropisch im Hinblick auf die Ätzgeschwindigkeit der Oberfläche, verglichen mit der ^;

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für die Seitenwände, Darüber hinaus enthalten Probleme, die bei der Auswahl des Ätzmittels bestehen, die Tatsache, daß ein Ätzmittel geeignet sein muß für das Entfernen eines Oberflächenmaterialies, das verwendet wird beim Ätzpolieren, jedoch die Seitenwände beim Portschreiten des Ätzmittels in die öffnung nicht angreift, infolge der unterschiedlichen Orientierung der Seitenwände. In solch einem Falle würde das Ätzmittel eine vollständig durch das Substrat hindurchführende öffnung nicht herstellen könnenο In ähnlicher Weise sollte das Ätzmittel kein ausgewähltes Ätzmittel für die Seitenwände sein, da es erwünscht ist, daß die Seitenwände glatt sind. Wenn das Ätzmittel auf die Orientierung der Seitenwände ausgewählt wäre, könnten die Seitenwände angegriffen werden und verklüftet werden, wodurch die Verwendbarkeit des Endproduktes beeinträchtigt werden würde.

Es ist die Aufgabe der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung, ein Verfahren zum Ätzen von Materialien, wie Aluminiumoxid (Saphir), Magnesium-Aluminium-Granat, Yttrium-Aluminium-Granat und Yttrium-Eisen-Granat anzugeben, das öffnungen herstellt von genau definiertem kristallographischem Aufbau, ohne extrem angehobene Temperaturen zu erfordern und somit leicht ausführbar ist.

per erhaltene kristallographische Aufbau hängt von der Orientierung der Oberfläche und den Orientierungen der Seitenwände ab und in gewissem Umfang von den Temperaturen der Ätzmitteleusammensetzung. Beispielsweise sind, wie weiter unten genau beschrieben ist, auf der Grundfläche eines Saphires mit der Orientierung (0001) gebildete Löcher dreiseitig und konvergieren zu einem Punkt im Körper, wodurch ein im wesentlichen dreieckiges Loch entsteht. Auf der anderen Seite ergibt ein Ätzen von Magnesium-Aluminium-Granat mit der Orientierung (10O) oder Yttrium-Aluminium-Granat mit der Orientierung (100) oder

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Yttrium-Eisen-Granat mit der Orientierung (100) vierseitige Pyramiden, die zu einem quadratischen Loch im Körper konvergieren, ähnlich dem kristallographischen Aufbau von einem Siliciumsubstrat (US-PS 3 921 916).

Daß das Substrat, auf welches die Erfindung gerichtet ist, geätzt werden könnte, um öffnungen mit solch gut definiertem kristallographischem Aufbau zu erzeugen, durch Verwendung von Phosphorsäure-Schwefelsäure Ätzmitteln war nicht vorhersehbar durch den Stand der Technik. Die Tatsache, daß Mischungen von Schwefel- und Phosphorsäure geeignet sind für das Polieren von Saphir und Magnesium-Granat-Oberflächen (US-PS 3 964 942) ist nicht ausreichend für ein Vorhersehen, daß die gleichen Säuremischungen alle für die Bildung von Löchern mit gut definiertem kristallographischem Aufbau notwendigen Charakteristika besitzen.

Im besonderen können die Ätzgeschwindigkeiten beim Maskieren eines Substrates differieren und zwar wesentlich, verglichen mit einem nicht ausgewählten Ätzpolieren, bei dem die gesamte Oberfläche dem Ätzmittel ausgesetzt ist. Darüber hinaus ist nicht vorhersehbar, wie das Ätzmittel auf die Seitenwände eines Loches einwirkt, wenn es von der Oberfläche des zu ätzenden IMaterialies nach unten fortschreitet. Natürlich kann nicht die wichtige Beziehung zwischen der relativen Auswählbarkeit der

iÄtzgeschwindigkeiten zwischen der Oberfläche und den Seiten- |wänden, die notwendig ist, für ein Zuspitzen oder Konvergieren jdes Aufbaues, so wie er mit der Erfindung erzielbar ist, aus lediglich das Polieren beschreibenden Stand der Technik vor- , hergesagt werden. ;

; ι

i . j

bem Einfluß, wenn überhaupt, den eine Seitenwand auf die Plan- j fläche oder Oberfläche parallel zur Außenfläche, die zu ätzen j ist, hat, ist auch nicht vorhersehbar. Obwohl das Ätzmittel bekannt ist als nicht ciusgewählt, im Hinblick auf die besondere oberste Fläche des Saphires oder des Magnesium-Aluminium-Granats

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liegt keine Vermutung vor, daß es würde ähnlich nicht ausgewählt sein, im Hinblick auf die Orientierungen der Seitenwände .

Da auch Schwefelsäure-Phosphorsäure Mischungen nur bestimmte Orientierungen und nicht andere (wie in der US-PS 3 964 942 beschrieben) ätzen, konnte nicht vorhergesagt werden, ob die Seitenwände überhaupt mit diesem Ätzmittel ätzbar sind. Die Fähigkeit, solche Materialien zu ätzen, auf die die Erfindung gerichtet ist, ist eine sehr komplexe Kunst. Auch der Artikel "Crystal Growth", VoI 28 (1975), Seiten 157-61, "The Dissolution Forms of Single Crystal Spheres V Dissolution of 0-Al₃O₃", Seismayer, ist relevant.

Die überraschende Wirkung, daß eine Mischung von ein geeignete4 Ätzmittel darstellt, wird durch die Tatsache erhärtet, daß ; solche Mischungen als ausgewählte Ätzmittel für Gadolinium- ■ Gallium-Granat geeignet sind (Journal Electrochemical Society, ] "Solid State Science and Technology", Vol. 120, Nr. 9, \ Seiten 1272-74, Crystal Growth and Characterization of ! Gadolinium Gallium Granat). Ein nichtausgewähltes Ätzmittel I für oberste Flächen ist wesentlich für die Erzeugung von I !Löchern, die mit der Erfindung hergestellt werden sollen. i

Andere Verwendbarkeiten von Mischungen aus Phosphorsäure und ;Schwefelsäure, welche die Verwendbarkeit in dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht nahelegen, sind in den US-PS 3 194 704, 3 260 660 und 3 715 249 beschrieben.

Weitere Merkmale der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Einzelheiten der Erfindung sind nachstehend anhand von in den Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispielen beschrieben.

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- 9 Es zeigen:

Pign. 1A-1D Querschnitte von mit dem erfindungsgemäßen Ver- ; fahren bearbeiteten Substraten,

Fign. 2A-2D mittels Interferenzkontrast vergrößerte Photos ! eines Saphirsubstrates der Orientierung (0001)

der entsprechend der Erfindung behandelt wurde,

Pign. 3A-3C mittels Elektronenmikroskops vergrößerte Photos eines Saphirsubstrates der Orientierung (0001), das entsprechend der Erfindung behandelt wurde und

Fig. 4 eine Draufsicht auf ein Substrat mit der Orientierung (100), das entsprechend der Erfindung behandelt wurde.

.Die Einkristalle, für welche die Erfindung besonders geeignet ^!ist, schließen solche Aluminiumoxide ein, welche die Orientiejrungen (0001), (1123), (1Ϊ00) , (1124), (1120) und (0112) auf-

weisen, und besonders die Saphirform von Aluminiumoxid und J Substrate mit der Orientierung (100) und (110) und besonders Magnesium-Aluminium-Granat und Granate wie Yttrium-Aluminium-Granat und Yttrium-Eisen-Granat. Der Ausdruck "Granat" bezieht sich im weiteren auf Kristalle von seltenen Erden, auf ein Gruppe-III-Metall oder Eisen und auf Sauerstoff.

Die Erfindung ist vorzugsweise ausführbar durch Behandeln der i

Grundebene von Saphiren, welche die Orientierung (0001) auf- |

jweisen, von Yttrium-Aluminium-Granat mit der Orientierung (100),

von Magnesium-Aluminium-Granat der Orientierung (100) oder '

Yttrium-Eisen-Granat der Orientierung (100). Die Grundebene « ist jene Ebene, die parallel zu den Seiten oder Horizontaliachsen verläuft. Das entsprechend der Erfindung bevorzugt

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verwendete Substrat ist ein Saphir, insbesondere dann, wenn eine Düse für einen Tintenstrahldrucker herzustellen ist. Saphire wurden für solche Zwecke bereits in der US-PS 3 408 vorgeschlagen.

Geeignete Substrate, die für das erfindungsgemäße Verfahren geeignet sind, sind leicht erhaltbar. So sind beispielsweise Substrate von mechanisch fein polierten Saphiren (Ct-Al₃O₃) und Magnesium-Aluminium-Granat (MgO-Al₃O₃) im Handel erhaltbar.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird ausgeführt durch überziehen des Substrates 1 mit einem Maskenmaterial. Das letztere muß an dem Substrat gut haften und muß dem Ätzmittel aus einer Mischung von Phosphor- und Schwefelsäure bei einer auf ungefähr 325 ⁰C angehobenen Temperatur widerstehen. Es hat sich herausgestellt, daß ein gutes Maskenmaterial, vorzugsweise für ein Aluminiumoxidsubstrat, wie Saphir, erhalten wird durch ein erstes Überziehen des Substrates mit der Chromschicht 2. Das überzogene Substrat wird dann mit einem Metall aus der Platinfamilie, vorzugsweise mit Platin, Irridum oder Ruthinium, jedoch bevorzugt mit Platin, überzogen.

Die Anwesenheit der Chromschicht 2 ist wichtig, da sie die Adhäsion zwischen dem Substrat und der Schicht 3 aus der Platinfamilie erhöht. Wie weiter unten beschrieben ist, wird das überzogene Substrat erhitzt, um eine Reaktion zwischen dem Metall der Platinfamilie und dem Chrom zu erzielen, wodurch eine Schicht gebildet wird, welche Platin und Chrom enthält (CrPt₃). Die Anwesenheit des Chroms verbessert auch die Ätzbarkeit der Maskenschicht. Metalle der Platinfamilie und besonders Platin, können nicht leicht geätzt werden.

Sowohl die Chromschicht 2 als auch die Platinschicht 3 werden auf das Substrat vorzugsweise durch Aufsprühen bei einer angehobenen Temperatur gewöhnlich zwischen ungefähr 100 und j 300 ⁰C vorzugsweise um 200 ⁰C aufgebracht. Die Chromschicht

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ist vorzugsweise ungefähr 100 bis ungefähr 500 S dick und die Platinschicht 3 ist vorzugsweise zwischen ca. 2000 und ca. 5000 A* dick. Die Schicht ist vorzugsweise mittels eines Aufsprühens aufgebracht, da hiermit ein überziehen aller Flächen des Substrates einschließlich der Kanten sichergestellt ist. Dies ist wesentlich, um ein Ätzen an unerwünschten Orten des Substrates zu verhüten.

Als nächstes wird eine zweite Chromschicht 4 aufgebracht, und zwar vorzugsweise durch Aufsprühen bei Temperaturen zwischen ca. 100 bis 300 ⁰C, vorzugsweise bei 200 ⁰C. Die Dicke der !Chromschicht 4 liegt normalerweise zwischen ungefähr 100 und '-. ungefähr 500 A*.

Anschließend wird die Schicht 5 aus Siliciumdioxid auf das überzogene Substrat, vorzugsweise durch Aufsprühen, aufgebracht. Die Schicht 5 ist zwischen 0,5 bis 2 μ dick, vorzugsweise 1 bis 2 μ. Die Schicht 5 wird als Maskenschicht ver-.wendet, um das vorherbestimmte Loch in der Platin enthaltenden !schicht zu definieren. Normale Photoresistmaterialien können nicht verwendet werden, da dieselben normalerweise der Ätzzusammensetzung, die für das Ätzen von Platin benötigt wird, nicht widerstehen und im besonderen vom Königswasser angegriffen werden.

Demzufolge ist es erforderlich, daß die Schicht 5 den für das Ätzen von Platin enthaltenen Schichten erforderliche Ätzmaterial widersteht und ebenso dem Königswasser und daß sie guthaftend und nichtreaktiv gegenüber der benachbarten Platin enthaltenden Schicht sich verhält. Beispielsweise war ein Versuch für die Schicht 5, Siliciumnitrid zu verwenden, nicht erfolgreich, da es mit der Platin enthaltenen Schicht reagierte und deshalb für die erfindungsgemäßen Zwecke nicht geeignet ist.

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Die Schicht 4 aus Chrom ist wichtig, da sie die Haftung zwischen der Platin enthaltenden Schicht 3 und der Siliciumoxidschicht 5 erhöht.

Als nächstes wird der überzogene Aufbau in einer Sauerstoffatmosphäre erhitzt, vorzugsweise in reinem Sauerstoff, um die metallischen Verbindungen des Metalles aus der Platinfamilie und dem Chrom zu bilden, um die Adhäsion auf dem Substrat zu verbessern. Das Erhitzen erfolgt im allgemeinen Zwischen 700 ⁰C und 1100 °C für die Dauer von ungefähr 15 Minuten bis ungefähr 2 Stunden. Die Temperatur und Zeit sollte ausreichen für eine vollständige Reaktion zwischen dem Metall aus der Platinfamilie und dem Chrom, jedoch nicht übermäßig, um ein übermäßiges Kornwachsen der Platinchromschicht zu vermeiden. Es wurde gefunden, daß eine Zeitdauer zwischen ungefähr 15 Minuten und 2 Stunden bei Temperaturen zwischen ungefähr 700 ⁰C und ungefähr 1100 ⁰C für diesen Zweck ausreichend ist. Die Siliciumoxidschicht hilft die richtige Geschwindigkeit der Sauerstoffdiffusion durch die Schichten zu erzielen, um das Metall aus der Platinfamilie und Chrom zu berühren für die Erstellung des notwendigen Reaktionsmechanismus. Es hat sich herausgestellt, daß die Hitzebehandlung in reinem Sauerstoff mit einem Metall aus der iPlatinfamilie allein, wie Platin ohne Chrom, nicht die erforderliche Adhäsion auf dem Substrat erzielt.

Gewünschte Öffnungen in der Siliciumoxidschicht werden nicht > erzielt durch Verwendung von Standardphotoresistverfahren. j !Beispielsweise wird die Schicht 6 aus einem positiven Photo- { {resist (erhaltbar unter der Bezeichnung AZ-1350) auf beiden } Seiten des Substrates verwendet. Als nächstes wird eine j tfaske auf dem Photoresist verwendet, um nur jene Teile des j Photoresists einem Ultraviolettlicht oder Elektronenstrahl auszusetzen, die zu entfernen sind, um die Löcher oder öffnunjen in der darunterliegenden Siliciumdioxidschicht zu erzeugen,

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Nach dem Belichten durch die Strahlung werden die belichteten Teile des Photoresists durch Anwendung eines Ätzmaterialies für Siliciumoxid entfernt. Ein besonderes Ätzmittel ist eine gepufferte Flußsäure, das bei Raumtemperatur verwendet wird. Dies entfernt die belichteten Teile des Photoresistmaterials und das direkt darunterliegende Siliciumdioxid greift jedoch weder das unbelichtete Photoresistmaterial noch das unter dem Photoresistmaterial liegende und durch dasselbe geschützte Siliciumdioxid nicht an.

Anschließend wird das gesamte Photoresistmaterial entfernt, beispielsweise durch Zersetzung in Azeton. Die Siliciumoxidschicht dient nun als Maske, um in den Platinchromschichten entsprechende Löcher zu ätzen. Ein bevorzugtes Ätzmittel für die Herstellung von Löchern in Platinschichten ist Königswasser (iHNOoiSHCl). Das Ätzen wird normalerweise bei Temperaturen zwischen ungefähr 50 und 85 ⁰C während einer halben bis zu 5 Minuten ausgeführt. Die bevorzugten Temperaturen liegen zwischen ungefähr 50 und 60 C.

Die Siliciumdioxidschichten 5 werden nun mit der gepufferten Flußsäure bei Raumtemperatur entfernt. Die gepufferte Flußsäure greift nicht die Platinschichten an.

pie Platinchromschicht wirkt nun als Maske für das Substrat, pie belichteten Felder des Substrats werden dann in einer Mischung von Schwefel- und Phosphorsäure bei Temperaturen zwischen ungefähr 200 und ungefähr 325 ⁰C, vorzugsweise zwischen ca. 250 bis 300 ⁰C geätzt. Die am meisten bevorzugte temperatur für Saphire beträgt ca. 285 ⁰C. Die Säuremischung kann ungefähr 9 Volumenteile Schwefelsäure zu 1 Volumenteil phosphorsäure bis zu 1 Volumenteil Schwefelsäure und 9 Volumenteilen Phosphorsäure betragen.

t>ie für diesen Schritt erforderliche Zeit hängt von der Zusammensetzung der verwendeten besonderen Säure ab, der Tempe- , YO 976 046

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ratur der Behandlung und von der Dicke des Substrates. Normalerweise liegt die Ätzgeschwindigkeit des Substrates zwischen 0,03 ram und 12 μ pro Stunde, abhängig von Faktoren wie die Tiefe des zu ätzenden Loches und seiner Größe. Die Ätzgeschwindigkeiten durch das maskierte Substrat betragen immer wenigstens gleich oder in den meisten Fällen mehr als die Ätzgeschwindigkeit von unmaskierten Teilen des Substrats. Dies erfolgt durch das bekannte Flußförderungsphänomen, da bei Kleinerwerden des Loches infolge seines Konvergierens mehr Ätzmaterial pro Loch zur Verfügung steht.

Die Form der Öffnung in der Maske kann variieren, ist jedoch vorzugsweise im wesentlichen kreisförmig. Die Verwendung eines kreisförmigen Loches neigt zur Erleichterung des Erhaltene eines gut definierten kristallographischen Aufbaues. Wie beispielsweise in den Fign. 2A bis 2D gezeigt ist, ergibt das Beginnen mit einem kreisförmigen Loch in einem Saphirsubstrat ein dreieckiges Loch am Grund von im wesentlichen gerader und gleicher Größe. Die im nachfolgenden verwendeten Ausdrucke wie "im wesentlichen dreieckig" und "im wesentlichen Quadratisch" enthalten nicht nur Formen, in denen die Seiten gerade Linien sind, sondern auch bis zu einem bestimmten Ausmaß gekrümmte Seiten, wie in den Fign. 2B und 2C dargestellt ist.

t)xe Fign. 2A bis 2D sind vergrößerte Folgephotos eines (0001) Saphirsubstrates 11, das entsprechend der Erfindung gehandelt ist. Die Photos wurden mittels Interferenzkontrast hergestellt. Das Substrat ist ungefähr 0,3 mm stark. Der Durchmesser der kreisförmigen Maske oder öffnung beträgt tingefähr 0,06 mm. Die Fign. 2A bis 2C sind Photos, in denen flie Löcher 13 noch nicht durch das Substrat hindurchgeätzt pind. In der Fig. 2D verlaufen die Löcher durch das Substrat hindurch. Jede Seite eines dreieckigen Loches 13 (Fig. 2D) ist ungefähr 0,03 mm lang.

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Die Fign. 3A bis 3C sind mittels eines Elektronenmikroskops vergrößerte Photos eines (0001) Saphirsubstrates 21, das erfindungsgemäß behandelt ist. Die Fign. 3A und 3B sind um das 1440fache vergrößert.

In der Fig. 3A ist das Loch 23 noch nicht durch das gesamte Substrat hindurch geätzt. In Fig. 3B verlaufen jedoch die Löcher durch das Substrat 21 hindurch. Die Fig. 3C entspricht der Fig. 3B mit der Ausnahme, daß sie weniger vergrößert ist und dadurch eine verbesserte Ansicht des ursprünglichen kreisförmigen Loches in der Maske 24 erlaubt. In den Fign. 3A bis 3C sind konvergierende Wände 22 der Löcher dargestellt.

Das Substrat 31 (Fig. 4) mit (100) Orientierung ist entsprechend der Erfindung bearbeitet. Die öffnungen sind Pyramiden mit vier Seiten 32, die am Grund des Substrates ein quadratisches Loch 33 ergeben.

Beispiel 1

Eine Metallchromschicht von ungefähr 300 Ä Dicke wird auf ein (0001) Saphirsubstrat durch Aufsprühen bei einer Temperatur von ungefähr 200 ⁰C aufgebracht. Als nächstes wird eine Schicht von Platin mit ungefähr 5000 S Dicke auf den Aufbau durch Aufsprühen bei einer Temperatur von 200 ⁰C niedergeschlagen. Dem folgt eine zweite Schicht aus Chrom von ungefähr 300 S Dicke, die ebenfalls durch Aufsprühen bei ungefähr 200 ⁰C hergestellt wird. Schließlich wird eine äiliciumoxidschicht von ungefähr 50Oo 8 Dicke auf den Auftau bei einer Temperatur von ungefähr 200 ⁰C aufgesprüht.

pas überzogene Substrat wird dann für ungefähr 1 Stunde auf ; II050 ⁰C in reinem Sauerstoff erhitzt. Dann erfolgt ein überziehen mit einem positiven Photoresist, wie AZ-1350, sämtlicher ]flächen des mit den vorher beschriebenen Schichten versehenen

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ORIGINAL INSPECTED

Substrates. Eine Maske mit im wesentlichen kreisförmigen öffnungen wird dann aufgebracht, worauf die unmaskierten Teile des Photoresists mit ultraviolettem Licht beaufschlagt werden. Entsprechende kreisförmige öffnungen werden in der Siliciumdioxidschxcht durch Ätzen mit einer gepufferten Flußsäure bei Raumtemperatur erhalten. Das unbelichtete Photoresistmaterial wird nun durch Auflösung in Azeton entfernt. Die Siliciumoxidschicht dient nun als Maske für ein Ätzen von Löchern in der Platin enthaltenden Schicht. Die öffnungen in der Platinschicht werden durch Verwendung von Königswasser (1 HNO₃ : 3
ten geätzt.

(1 HNO₃ : 3 HCl) bei ungefähr 60 ⁰C während ungefähr 3 Minu-

Nach dem öffnen der Löcher in der Platin enthaltenden Schicht wird das belichtete Saphirsubstrat in einer Mischung von 1 Volumenteil Schwefelsäure zu einem Volumenteil Phosphorsäure bei ungefähr 285 ⁰C geätzt. Die Fign. 2A bis 2B sind Photos der Weiterentwicklung des Loches während des Ätzens in dem Saphirsubstrat. Die auf der Grundebene des Saphirs gebildeten Löcher sind dreiseitig und auf einen Punkt am Grund konvergierend. Es wurde beobachtet, daß die Ätzgeschwindigkeit relativ hoch ist bis die drei konvergierenden Ebenen getroffen werden und ; idann wird die Ätzgeschwindigkeit wesentlich langsamer, da sie durch die neu belichteten Ebenen bestimmt ist. Diese neuen, langsamen Ätzebenen bilden einen Winkel von ungefähr 32,4° zur Ausgangsfläche. Durch Auswahl der Dicke des Saphirsubstrates kann der Durchmesser des Loches in der Platinmaske, die besonderen Abmessungen des dreieckigen Loches leicht bestiaett werden. Z.B. würde ein 0,1 mm dicker Saphirsubstrat ein Loch von 0,4 mm Durchmesser erfordern, um ein dreieckiges Loch von 0,03 mm Seitenlänge zu erzeugen.

!Beispiel 2

;Das Beispiel 1 wird wiederholt, außer daß das verwendete !Substrat ein Yttrium-Aluminium-Granat der Orientierung (10O) ist.

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Die erhaltenen Löcher sind vierseitige Pyramiden, die am Grund, wie in Fig. 4 dargestellt ist, ein quadratisches Loch ergeben. Es ist jedoch zu betonen, daß die Adhäsion zwischen dem Platin und der Yttrium-Aluminium-Granatoberfläche nicht so gut ist wie die Adhäsion mit der Saphiroberfläche und daß ein geringfügiges Unterschneiden der Kreismaske eintrat. Ein Ätzen des (10O) orientierten Magnesium-Aluminium-Spinells und des (1OO) orientierten Yttrium-Eisen-Granats würde einen geometrischen Aufbau ergeben, der im wesentlichen der gleiche ist wie der mit Yttrium-Aluminium-Granat erhaltene.

Die verwendete Schwefelsäure ist eine konzentrierte Schwefelsäure, die eine konzentrierte, wässrige, ungefähr 95 bis 98 Gew.% H_SO. enthaltende Lösung ist. Die verwendete Phosphorsäure ist eine konzentrierte Phosphorsäure, die eine konzentrierte, wässrige, 85 Gew.% H₃PO₄ enthaltende Lösung darstellt.

Die weiter oben angezeigten Orientierungen sind dem Durchschnittsfachmann der Kristallographie bekannt. Die verwendete Nomenklatur [(111), (1100)] beschreibt die Sätze von Ebenen innerhalb eines Kristallgitters, das Kristallflächen bildet, und diese sind durch Miller Indizes charakterisiert.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Ätzen von Löchern mit gut definiertem kristallographischem Aufbau in einem einkristalligen Material aus der Gruppe von Aluminiumoxid, Magnesiumspinell, Yttrium-Aluminium-Granat und Yttrium-Eisen-Granat, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

1. Aufbringen eines Maskenmateriales auf einem einkristalligen Substrat zum Schutz vorherbestimmter Teile des Substrates, wobei das Maskenmaterial einem Ätzen bei Temperaturen bis zu ungefähr 325 ⁰C mit Mischungen aus H₃SO₄ und H₃PO₄ widersteht und an dem Substrat gut haftet;

2. Bestreichen des Substrates mit einer Mischung aus Schwefelsäure und Phosphorsäure in einem Mischungsverhältnis von 9 Volumenteilen Schwefelsäure und 1 Volumenteil Phosphorsäure bis zu 1 Volumenteil Schwefelsäure und 9 Volumenteilen Phosphorsäure für eine für das anisotropische Ätzen durch vorherbestimmte Teile des Substrates, die durch das Maskenmaterial nicht geschützt sind, ausreichende Zeitdauer, um wenigstens eine Öffnung mit gut definiertem kristallographischem Aufbau zu erzeugen, wobei die Mischung während des Auftragens eine Temperatur von ca. 200 bs ca. 325 ⁰C aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ■ als Substratmaterial Saphire der Orientierungen (0001), (1123), (ITOO), (1124), (1120) und (01Ϊ2), Magnesium- ; spinell mit den Orientierungen (100) und (110), Yttrium-Aluminium-Granat mit den Orientierungen (100) und (110) und Yttrium-Eisen-Granat der Orientierungen (100) und (110) verwendet werden.

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3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Einkristall ein (0001) Saphir verwendet wird und
das Ätzen gegen seine Grundebene gerichtet ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen eines Maskenmateriales das Niederschlagen eines Metalls der Platingruppe einschließt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall Platin darstellt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein aufeinanderfolgendes Niederschlagen von Chrom, einem Metall der Platingruppe, wieder von Chrom und schließlich von Siliciumoxid erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat nach dem überziehen in einer Sauerstoffatmosphäre bei einer Temperatur von 700 °C bis ungefähr 1100 ⁰C während einer Zeitdauer erhitzt wird, die ausreicht für ein Diffundieren des Sauerstoffs in die Chrom- und Platinschichten für eine vollständige Reaktion des Metalles der Platingruppe und des Chroms, jedoch nicht übermäßig, um ein Kornwachsen der aufeinanderfolgend gebildeten Schichten des Metalls aus der Platingruppe und

von Chrom zu vermeiden.

ο Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Erhitzen während einer Zeitdauer von ungefähr 15 Minuten bis zu 2 Stunden erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall Platin ist.

10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Niederschlagen der Materialien durch Aufsprühen erfolgt.

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11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Chromschichten ungefähr 100 bis 500 8, die Schicht aus einem Metall der Platingruppe ungefähr 2000 bis ungefähr 5000 S und die Siliciumdioxidschichten ungefähr 0,5 bis ungefähr 2 μ dick sind.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Substrat ein Saphir gewählt wird und die Mischung aus Phosphor- und Schwefelsäure in einem Verhältnis von 1:1 erfolgt und die Temperatur 285 ⁰C beträgt.

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