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Verfahren zur Herstellung von Maskierungsschichttrn auf
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einer zu strukturierenden Fläche eines Fcstkörpers Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur 11erstel)#ung von Maskierungsschichten auf einer zu strukturicrenden
Fläche eines Festkörpers, bei dem Photolack-Schichten übereinander aufgebracht und
belichtet werden.
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Ein Verfahren dieser Art ist aus der US-PS 37 oo 445 bekannt.
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Bei der Herstellung von bestimmten Dünnfilm-Bauelementen, ebenso wie
bei der Herstellung von integrierten Schaltungen, werden mehrere strukturbildendc
Maskierungen hoher Positioniergenauigkeit durchgeführt, wobei jede Maskierung nur
für einen bestimmten Prozeßschritt wirksam ist.
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Üblicherweise erfolgt diese Mehrfach-Strukturierung in einer Reihe
von einzelnen, vollständigen Photolack-Prozessen.
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Ein solcher Einzelprozeß besteht aus den folgenden Hautschritten.:
1. Reinigen des zu strukturierenden Festkörpers (Substrat); 2. Beschichten mit einem
Photolack; 3. Belichten; 4. Entwickeln; 5. thermische Härtung des Photolacks; 6.
Strukturieren durch Ätzen oder "lift-off"-Technik; 7. Entfernen des Photolacks.
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Unter einem Photolack wird ein Material verstanden, das in einer dünnen
Schicht auf das Substrat aufgebracht und dann
durch Bestrahlen (hier
als ~belichten" bezeichnet) mit-einer Wellen- oder Teilchenstrahlung so umgewandelt
werden kann, daß der Photolack selektiv entweder an den-bestrahltet Stellen (positiver
Photolack) oder an den nicht bestrahlten Stellen (negativer Photolack) leicht entfernt
werden kann.
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Bei jedem folgenden Prozeß muß der jeweilige Maskenauszug mit hoher
Genauigkeit auf das bzw. die in vorangegangenen Prozessen erzeugten Muster ausgerichtet
werden Diese sequentielle Mehrfach-Maskierung in Form des mehrfachen Durchlaufens
des gesamten Photolack-Prozesses ist kostenintensiv und zeitaufwendig.
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Die notwendige, Präzise Deckung der Einzelmasken mit den bereits vorher
aus dem Substrat erzeugten Strukturen ist bei großell Substraten, insbesondere Netallteilen,
nahezu unmöglich, da diese bei dazwischenliegenden Prozeßschrittefl leicht deformiert
werden. Die dadurch entstehenden Positionierfehler sind eine erhebliche Quelle für
Fertigungsstreuungen.
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Der große Kosten- und Zeitaufwand kann u.U. durch die Verwendung von
positiven Photolacken gemildert werden. Die Wiederbelichtbarkeit eines positiven
Photolacks erlaubt es, in ein und dieselbe Lackschicht nacheinander unterschiedliche
Strukturen einzuschreiben, so daß bei dieser Wiederbelichtungstechnik Lackentfernung
und Neubelackung entfallen können.
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Das Problem, die in aufeinanderfolgenden Photolack-Prozessen verwendeten
Masken genau aufeinander zu justieren, bleibt jedoch bestehen.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs
genannten Art so auszugestalten, daß die Justierungsprobleme vollständig beseitigt
werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß I. zwei oder
mehr Photolack-Schichten unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeit und/oder Dosisempfindlichkeit
übereinander aufgebracht werden, II. die Photolack-Schichten über eine oder mehrere
Masken mit Wellen- oder Teilchenstrahlung belichtet werden, III. nach abgeschlossener
Belichtung die einzelnen Photolack-Schichten einzeln nacheinander entwickelt werden
und IV. nach den einzelnen Entwicklungen die Fläche des Festkörpers unter Benutzung
der entwickltn Photolack-Schichten als Maske strukturiert wird.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders geeignet zur Anwendung
in Verfahren zur Herstellung von Festkörper-Bauelementen, bei denen keine Hochtemperatur-Prozesse
zwischen den einzelnen Strukturierungen durchzuführen sind, z.B. bei der Dünnfilm-Technologie
oder der Herstellung von Halbleiter bauelementen durch Ionenimplantation. Das erfindtmgsgemäße
Verfahren ist jedoch prinzipiell auch für solche Prozesse geeignet, wenn man unter
den Photolack-Schichten auch zwei unterschiedliche Hochtemperatur-Maskierungsschichten,
z.B.
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aus SiO2 und Si3N4, vorsieht.
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Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet - im Gegensatz zu allen bisher
bekannten Verfahren - die kontinuierliche Mehrlagen-Maskierung von Bandmaterial,
wie sie z.B. für eine ökonomische Fertigung von Sensoren auf der Basis von Dunnfilm-Dehnungsmeßstreifen
besonders vorteilhaft ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich sowohl für die
Ätzstrukturierung
als auch für die "lift-off"-Technik anwenden.
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Die Kombination eines positiven Photolacks mit einem negativen Photolack
ist besonders vorteilhaft, da die unterschiedlichen chemischen Lösungseigenschaften
dieser beiden Photolacktypen eine selektive Entwicklung und Beseitigung der Schichten
begünstigen.
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Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand
der beigefügten Figuren näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 ein unter Benutzung des Verfahrens nach der Erfindung
hergestellter Dünnfilm-Dehnungsmeßstreifen, Fig. 2a-d vier aufeinanderfolgende Stufen
in einem ersten Verfahren zur Herstellung des Dehnungsmeßstreifens nach Fig. l,
Fig. 3 eine bei dem anhand der Fig. 2 erläuterten Verfahren verwendete Maske, Fig.
4a-d vier aufeinanderfolgende Stufen in einem zweiten Verfahren zur Herstellung
des Dehnungsmeßstreifens nach Fig. l, und Fig. 5 eine bei dem anhand der Fig. 4
erläuterten Verfahren verwendete Maske.
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Einleitend sei bemerkt, daß in den Figuren die gezeichneten Abmessungen
nicht immer den tatsächlichen Verhältnissen entsprechen, insbesondere die senkrechten
Abmessungen, d.h. die Schichtdicken, der Deutlichkeit halber übertrieben groß dargesteLlt
sind.
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Fig. 1 zeigt einen unter Anwendung des Verfahrens nach der
Erfindung
herstellbaren Dünnfilm-Dehnungsmeßstreifen. Er besteht aus einem Substrat 1 aus
einem nichtleitenden Material oder aus einem Metallträger mit einer zusätzlichen
Isolationsschicht. Auf diesem Substrat ist der Dehnungsmeßstreifen in Form einer
hantelförmigen Schicht 21 aus einem Widerstandsmaterial aufgebracht, der an seinen
Enden zur Kontaktierung mit Kontaktschichten 31 aus einem gut leitenden Material
bedeckt ist.
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Zur Herstellung eines solchen Dünnfilm-Dehnungsmeßstreifens wird entsprechend
einem ersten Ausführungsbeispiel ausgegangen von einer Schichtenanordnung wie sie
in Fig. 2a dargestellt ist. Auf dem Substrat 1 aus z.B. Quarzglas oder einer Al203-Keramik
ist zunächst eine Widerstands-23 schicht 2, z.B. aus CrNi, und darauf eine Leiterschicht
3 aus z.B. Au oder Ni aufgebracht. Diese beiden Schichten sind mit zwei übereinanderliegenden
Photolack-Schichten 4 und 5 unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeit bedeckt.
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Die untere Photolack-Schicht 4 besteht aus einem positiven, blaugrün-empfindlichen
Photolack und die obere Schicht 5 aus einem negativen, ultraviolett-empfindlichen
Photolack.
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Diese Schichtenanordnung wird nun über die in Fig. 3 dargestellte
Maske 10 mit einer breitbandigen Lichtquelle belichtet. In dieser Maske 10 ist die
Fläche 14 so ausgebildet, daß sie nur blaubgrünes Licht hindurchläßt, ultraviolettes
Licht jedoch sperrt. Die Flächen 15 sind so ausgebildet, daß sie ultraviolettes
Licht hindurchlassen, während die Fläche 16 so ausgebildet ist, daß sie Licht jeder
Wellenlänge sperrt.
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Bei Belichtung der in Fig. 2a dargestellten Schichtenanordnung durch
diese Maske werden nun die beiden Photolack-Schichten 4 und 5 so belichtet, daß
nach ihrer Entwicklung von der oberen Schicht 5 aus einem negativen Photolack nur
die
den auszubildenden Kontaktflächen 31 (Teile 15 der Maske) entsprechenden Teile 51
(siehe Fig. 2b) stehen bleiben, während von der unteren, negativen, blaugrün-empfindlichen
Photolack-Schicht nur der Teil 41 stehen bleibt, der der herzustellenden Widerstandsschicht
21 (Teile 16 und 15 der Maske 3) entspricht.
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Wird nun die so erhaltene und in Fig. 2b dargestellte Anordnung mit
einem Ätzmittel behandelt, das sowohl die Widerstandsschicht 2 als auch die Leiterschicht
3 angreift, so erhält man die in Fig. 2c dargestellte Anordnung, bei der alle nicht
von den Resten 41 und 51 der Photolack-Schichten bedeckten Teile der beiden Metallschichten
2 und 3 entfernt sind.
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Anschließend wird durch eine weitere Belichtung und anschließende
Entwicklung der verbliebene Teile 41 der positiven Photolack-Schicht entfernt und
anschließend durch ein nur die Leiterschicht 3 angreifendes Ätzmittel der noch über
der Widerstandsschicht 21 liegende und nicht von den Photolack-Teilschichten 51
bedeckte Teil der Leiterschicht 3 entfernt.
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Anschließend können dann die restlichen Teile der Photolack-Schichten
völlig entfernt werden und das in Fig. 2d und in Fig. 1 dargestellte Dünnfilm-Dehnungsmeßstreifen
ist fertiggestellt.
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Das beschriebene Verfahren kann dahingehend abgewandelt werden, daß
auf das Substrat 1 mit den Metallschichten 2 und 3 zunächst eine Schicht aus einem
negativen Photolack und darüber eane Schicht aus einem positiven Photolack aufgebracht
wird. Die verwendete Maske bleibt unverändert, auch der Prozeßablauf bleibt nahezu
gleich.
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Die iiier beschriebene Verfahrensvariante mit unten liegendem
positiven
Photolack hat den Vorteil einer besseren Kantendefinition der zu erzeugenden Widerstandsschicht,
da hier die Lackmaske unmittelbar auf der Metallschicht aufliegt und ein positiver
Photolack eine bessere Auflösung ergibt als ein negativer Photolack.
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Das hier beschriebene Maskierungsverfahren bei der Herstellung eines
Dünnfilm-Dehnungsmeßstreifens entsprechend Fig. 1 kann - wie dies in den Fig. 4a
bis 4d dargestellt ist - dahingehend abgeändert werden, daß auf das Substrat 1 nur
die Widerstandsschicht 2 und darauf zunächst eine Schicht 4 aus einem negativen,
ultraviolett-empfindlichen Photolack und darüber eine Schicht 5 aus einem positiven,
blaugrün-empfindlichen Photolack aufgebracht wird.
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Die Photolack-Schichten 4 und 5 werden von einer breitbandigen Lichtquelle
über die in Fig. 5 dargestellte Maske 11 belichtet, die so ausgebildet ist, daß
ihre Fläche 17 jegliches Licht sperrt, während die Flächen 18 für blaugrünes Licht
und die Fläche 19 für ultraviolettes Licht durchlässig sind. In der oberen positiven
Photolack-Schicht 4 wird also die sich aus den Teilflächen 18 und 19 (sietlc Fig.
#) zusammensetzende Fläche belichtet und der entsprechende Teil der Photolack-Schicht
löslich. In der darunterliegenden negativen Photolack-Schicht 4 wird nur der über
dem zu bildenden Widerstandsstreifen 21 (Teil 19 der Maske 11) liegende Streifen
41 der Photolack-Schicht vernetzt und damit unlöslich gemacht. Bei der Entwicklung
beider Photolack-Schichten 4 und 5 entsteht somit ein Negativ der zu erzeugenden
Struktur, wobei jedoch der auszubildende Widerstandsstreifen 21 von dem verbliebenen
Teil 41 der Schicht 4 aus negativem Photolack abgedeckt ist. Diese in Fig. 4b dargestellte
Struktur wird dann, wie dies die Fig. 4c zeigt, durch Bedampfen oder Galvanisieren
mit einer Leiterschicht bedeckt.
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Läßt man jetzt die verbliebenen unbelichteten Teile der Photolack-Schicht
5, ggf. nach einer vollflächigen Hilfs-
belic#rtung mit blaugrjinem
Licht, aufquellen, so wird die Metallschicht 3 an den Stellen, an denen sie nicht
unmittelbar auf der Widerstandsschicht 2 aufliegt abgehoben (sog.
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~lift-off"-Technik)-.
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Anschließend werden durch ein nur auf die Widerstandsschicht einwirkendes
Ätzmittel die Teile der Widerstandsschicht, die nicht mehr von der Leiterschicht
3 oder über dem aus zu bildenden Widerstandsstreifen von der in der unteren Photolackschicht
4 stehengebliebenen ZuEe 41 abgedeckt sind, entfernt.
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Dieses Verfahren kann (ebenso wie das oben anhand der Figuren 2 und
3 beschriebene Verf#ahren) dadurch abgewandelt werden, daß die Photolack-Schichten
4 und 5 nicht aus Photolacken unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeit, sondern
unterschiedlicher Dosis empfindlichkeit bestehen. Die einzelnen Felder 17 bis 19
der Maske 11 weisen dann nicht eine unterschiedliche spektrale Durchlässigkeit,
sondern eine unterschiedliche Transmission auf, d.h. das Feld 17 ist undurchlässig,
das Feld 19 schwach durchlässig und die Felder 18 stärker durchlässig. Die-obere
Photolack-Schicht 5 hat eine hohe, die untere Photolack-Schicht 4 eine geringe Dosisempfindlichkeit.
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Dic auf das Substrat 1 aufgebrachten und durch die beschriebenen Verfahren
strukturierten Schichten 2 und 3 bzw. Schicht -<>o könnekönnen auch aus temperaturbeständigen
Materialien, wie z.B. SiO2 und Si3N4, bestehen, die dann nicht selbst ein Bauelement
bilden, sondern, z.B. bei der Ausbildung von Bauelementen in dem Substrat durch
Hochtemperatur-Prozesse, wie z.B. Diffusion, als Maskierungsschichten dienen.