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Beschreibung:
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Beim Vakuum-Äufdampfen von elektronischen Schaltkreisen, zum Beispiel
von DÜnnfilmtransistor-Matrizen, auf Substratplatten, z.B. Glasscheiben, wird die
gewÜnschte Struktur dadurch erhalten, daß man eine mit entsprechenden Löchern versehene
Maske am Substrat anbringt, so daß cer von der Aufdampfquelle kommende Dampf nur
dort auf das Substrat auftrifft, wo die Maske Löcher hat.
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Wie man eine komplizierte, großflächige DÜnnfilmtransistor-Matrix,
die aus Übereinanderliegenden Schichten besteht, mit mehreren Lochmasken aus verschiedenen
Stoffen aufdampft, habe ich wiederholt veröffentlicht, z.B. in Microelectronics
7, Seite 5 - 15, 1976, oder in US-Pat. 4, 143, 297 (1979).
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Wie wir ebenfalls bereits veröffentlicht haben, bestehen diese Lochmasken
hausptsächlich aus Eisen-Nickel-Folie (Fe 36% Ni, genannt INVAR), weil dieses Metall
den niedrigsten thermischen Aus dehnungskoeffizienten aller Metalle besitzt, sich
also nicht beim Warmwerden während des Bedampfens verschiebt, und weil es magnetisch
ist, so daß diese Masken mittels Magneten fest an die Substratplatte angezogen werden
können.
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Folien aus INVAR mit einer Breite von 3O cm und mit einer Dicke von
50yum sind im Handel erhältlich. Ätzt man jedoch das gewÜnschte feine Lochmuster
mit Photolack-technik in diese Folien, so ist wegen des Phänomens des Unterätzens
keine große Genauigkeit zu erzielen. Denn das Ätzmittel, z.B.
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Salpetersäure oder Eisen-3-Chlorid-Lösung, frißt sich nicht nur vorwärts
sondern auch seitwärts in das Blech hinein, so daß all Löcher größer und alle Ecken
abgerundeter werden, als ursprünglich im Photolackmuster vorgesehen. Diese Unterätzung
ist genausogropj wie die Schichtdicke, oder größer.
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Aus diesem Grunde haben wir bereits eine Methode veröffentlicht, welche
diesen Nachteil vermeidet: Die INVAR-Folie l wird mit einer dÜnnen Schicht 2 aus
Gold-Kobalt Überzogen, was durch bekannte galvanostegie-Verfahren erfolgen kann.
In dieser 3 µm dicken Goldschicht 2 wird nun, mittels Photolacktechnik (wobei beide
Seiten der Bimetallfolie identische kongruente Photolackschichten erhalten), das
gewÜnschte Lochmuster eingeätzt. Dabei wird ein Ätzmittel 2 verwendet, das nur Gold
nicht aber INVAR, angreift, z.B. eine Lösung von Kaliumiodid und elementarem Jod
in Wasser. Da die Goldschicht 2 nur etwa 3'um dick ist, sind die Ungenauigkeiten,
weche hier durch Unterätzen auftreten, in die Größenordnung von 3,um, also tolerierbar.
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Nachdem das Muster in die Goldschicht eingeätzt ist, wird nun bei
dieser alten Methode die folie beidseitig mit Salpetersäure, welche INVAR, aber
nicht Gold, angreift, weitergeätzt. In der INVAR-Schicht, welche 50 um dick ist,
entstehen jetzt Unterätzungen der Größenordnung 25 um (Abb. 1), jedoch dient die
dicke INVAR-Schicht nicht mehr zur Definition des Lochmusters (diese Funktion erfÜllt
die Goldschicht), sondern nur noch als steifes, sich nicht ausdehnendes Tragegerüst
für die Goldschicht.
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Allerdings hatte diese Methode den Nachteil, daß jetzt die Goldschicht
an ihren Kanten wegen Unterätzung zungenartig freistand (Abb. 1). damit diese empfindlichen
Goldzungen den Beanspruchungen der Bedampfung und der Reinigungsmittel standhalten
konnten, wurde nicht reines Gold (zu weich l), sondern eine Gold-Kobalt-Legierung
(spröde) verwandt. Nichtsdestoweniger waren die leicht verletzlichen auf lange Distanz
nicht von INVAR unterstützten Gold-u5erhänge ein Nachteil der Methode.
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erfindungsgemäß wird dieser Nachteil nun durch eine neue Ätztechnik
behoben, wobei also die goldschichten fast Überall, fast bis zur äußersten Kante,
von der darunterliegenden INVAR-Schicht unterstÜtzt werden. Damit werden diese Aufdampfmasken
wesentlich robuster, es können noch feinere Muster geätzt werden, und man kommt
mit dÜnneren Goldschichten aus (was bei den hohen Goldpreisen sehr wichtiq ist),
Die Herstellung der neuen Masken ist in der Abbildung 2 beschrieben: Teilbild l
zeigt einen Querschnitt durch eine beidseitig mit identischen kongruenten Photolackmustern
beschichtete, einseitig vergoldete INVAR-Folie.
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Teilbild 2 zeigt, wie in dieser Folie von der unvergoldeten Hinterseite
her mittels Salpetersäure, welche INVAR, nicht aber Gold, angreift, ein stark unterätztes
Muster in das INVAR eingeätzt wird, jedoch nicht ganz bis zur Freilegung der vollstandigen
Goldmuster, sondern nur bis zum Sichtbarweren der ersten "Goldblitze", was als visuele
Methode zum Beenden dieses Ätzvorgangs dient. Diese Ätzmulden sind durch Ünterätzen
trichterförmig verbreitert.
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Teilbild 3 zeigt, wie nunmehr das definierende, genaue Muster mit
KJ-J Lösung in die dünne Goldschicht eingeätzt wird. Das hierbei eintretende Unterätzen,
das durch die Stärke der Goldschicht bestimmt wird (je dünner, desto weniger), ist
nicht sehr groß, daher tolerierbar.
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Teilbild 4 zeigt, wie schließlich das INVAR mit Salpetersäure beidseitig
weiter weggeätzt wird, und zwar soweit, bis die Goldkanten gerade noch durch INVAR
unterstÜtzt werden. Wann dieser Ätzvorgang gestoppt werden muß, kann man durch Beobachten
während des Ätzens mit einer Lupe genau feststellen.
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Teilbild 5 zeigt, nach Ablösen der Lackschichten, die fertige Maskenfolie.
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Man sieht, daß dÜnne Maskenstege, z.B. die Source-Drain-BrÜcken bei
DÜnnfilmtransistor-Aufdampfmasken, jetzt aus einer mit INNAR unterstÜtzten Goldschicht
bestehen, Während sie vor dieser Erfindung aus reinen, freitragenden Goldschichten
bestanden, welche sehr leicht beschädigt werden konnten. Die Unterätzung beträgt
jetzt nur noch die Hälfte der INVAR-Dicke, welche in Teilbild 3 stehengeblieben
war, also wesentlich weniger als bei der alten Methode.
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Diese Methode läßt sich leicht auch auf andere bimetallmasken, z.B.
auf die bei den schattenmasken fÜr Farbfernseher benutzten, ausdehnen.
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Auch können andere Metallkombinationen benutzt werden. So kann man
z.B. die Goldschicht durch eine Chrom- oder eine Tantalschicht ersetzen, die mit
H2SO4 ätzbar sind. Der Nachteil ist nur, daß diese Schichten schwieriger als Gold
aufzubringen sind. Die Bedingung, daß es Ätzmittel geben muß, welche nur die eine.
nicht die andere Schicht angreifen, diktiert die Wahl der Metalle.
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Auch durchsichtige Nicht Metallschichten kommen jetzt in Frage, die
vorher wegen ihrer brÜchigkeit ausgeschlossen waren. So kann man z.B. auf das INVAR-Blech
eine Sio- oder Sio2-Schicht aufbringen, die mit Flußsäure ätzbar ist (welche INVAR
nicht angreift). Man kann eine derartige Glasschicht aufdampfen, aufsputtern, aufsedimentieren
oder aufschmelzen.
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Durch diese neue Nethode ist in der Lochmaskentechnologie der schädliche
Einfluß des Unterätzens stark reduziert worden, so daß sich neue, bisher unzugängliche
Ä@wendungen eröffnen.
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Insbasondere ber @er hers celland von darch Aufdzmpfen massenherstellbaren
DÜnnfilm-Schaltkreisen ven gre@er Äusde@@@g, wie sie fÜr Displays benötigt werden,
ist diese naus Masken-Technolsgia allen vorher dagewesenen Überlegen, aber auch
bei Herstellung von Farbfernseh-Schattenmasken.
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Während des chemischen ätzens des INVARs bei diesen Bimetallfolien
wirkt der selbsterzeugte Strom, der infolge der verschiedenen elektrochemischen
Potentiale von Gold und INVAR fließt, störend auf den Ätzvorgand ein, d.h.
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eine Gold-INVAR-Maske ätzt sich anders als eine reine INVAR-Maske.
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Dabei wurde gefunden, daß kleine Löcher langsamer ätzen als große,
so daß bei einem Lochmaskenmuster, das große und kleine Löcher enthält, die großen
Löcher Übergeätzt anfallen, da sie, obwohl längst fertig, weiter im Ätzmittel gehalten
werden müssen, bis die kleinen fertig sind. Um diese störenden Ünterschiede in der
Ätzgeschwindigkeit kleiner une großer Löcher zu vermeiden, werden erfindungsgemäß
die Löcher nicht mehr flächenhaft geätzt, sondern nur noch entlang ihren perisheren
Ümrissen, welche als etwa 50 um breite Linien dargestellt werden, so daß als nach
beendeter ätzung kleine Platten aus den Löchern herausfallen. Schon beim Photomaskenentwurf
werden also die Lochmuster mit 50 um dicken Linien entlang ihrem Umfang, nicht flächenhaft,
dargestellt. Dadurch ist die Ätzgeschwindigkeit von kleinen und großen Musterflecken
bei Lochmasken gleich.
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Bezeichnung: Herstellungsverfahren für Vakuumaufdampfmasken.
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Zusammenfassung: Ein Herstellungsverfahren für großflächige Aufdampf-Lochmasken
für Dünnfilmtransistor-Matrizen wird beschrieben, bei dem in eine Bimetallfolie,
bestehend aus 50 µm dickem INVAR (Fe 35 % Ni, sehr niedrige Wärmeausdehung) mit
einem dünnen (3 µm) Oberzug aus sprödem Gold zunächst mittels Photoalcktechnik bei
normaler Unterätzung das Muster in die INVAR-Seite der Folie geätzt wird.
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Erst dann wird das eingetliche Präzisionsmuster mit einem anderen
Ätzmittel in die Goldschicht geätzt. Danach wird die INVAR-Schicht fertiggeätzt,
derart, daß die empfindliche, die Öffnungen definierende dünne Goldschicht von dem
INVAR-Hintergrund überall mechanisch gestützt wird ung möglichst nicht frei steht.
Die Ätzmittel dürfen nur jeweils ein Metall anfreifen. Die Photoalckschichten auf
beiden Seiten der Bimetallfolie sind identisch und kongruent.
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Diese Methode läßt sich auch auf andere Bimetall-Lochmskensysteme
und auf andere Materialkombinationen übertragen. Dadurch ist der schädliche Einfluß
der Unterätzung stark reduziert. @@ ungleich-schnelles Ätzen von großen und kleinen
Löchern zu vermeiden, werden nur die Umfangslinien der Löcher geätzt, die alle gleiche
stark sind.