DE3133350A1 - "Process for producing masking layers on a face to be patterned of a solid body" - Google Patents
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Abstract
Description
Verfahren zur Herstellung von Maskierungsschichttrn aufMethod for the production of masking layers
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.of a surface of a window body to be structured The invention relates to a method for the creation of masking layers on a to be structured Area of a solid in which photoresist layers are applied one on top of the other and be exposed.
Ein Verfahren dieser Art ist aus der US-PS 37 oo 445 bekannt.A method of this type is known from US Pat. No. 3,700,445.
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.In the manufacture of certain thin film components, as well as In the manufacture of integrated circuits, several structure-forming c Masking performed with high positioning accuracy, each masking only is effective for a specific process step.
Üblicherweise erfolgt diese Mehrfach-Strukturierung in einer Reihe von einzelnen, vollständigen Photolack-Prozessen.This multiple structuring usually takes place in a row of individual, complete photoresist processes.
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.Such a single process consists of the following main steps: 1. Cleaning the solid to be structured (substrate); 2. Coating with one Photoresist; 3. exposure; 4. Develop; 5. thermal curing of the photoresist; 6th Structuring by etching or "lift-off" technique; 7. Remove the photoresist.
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.A photoresist is understood to mean a material that is in a thin Layer applied to the substrate and then by irradiation (here referred to as "exposure") with-a wave or particle radiation converted in this way it can be that the photoresist is selectively either in the irradiated areas (more positive Photoresist) or slightly removed from the non-irradiated areas (negative photoresist) can be.
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.In each subsequent process, the respective mask extraction must be increased Accuracy based on the pattern (s) generated in previous processes This sequential multiple masking in the form of multiple passes the entire photoresist process is costly and time consuming.
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.The necessary, precise coverage of the individual masks with those already before Structures generated from the substrate is in the case of large substrates, in particular metal parts, almost impossible, since this is easily deformed in the intervening process steps will. The resulting positioning errors are a significant source of Manufacturing variations.
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.The great cost and time expenditure can possibly be caused by the use of positive photoresists are mitigated. The re-exposure of a positive Photoresist allows different layers in one and the same lacquer layer Write structures so that resist removal is possible with this re-exposure technique and repainting can be omitted.
Das Problem, die in aufeinanderfolgenden Photolack-Prozessen verwendeten Masken genau aufeinander zu justieren, bleibt jedoch bestehen.The problem used in successive photoresist processes Adjusting masks exactly to one another, however, remains the same.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß die Justierungsprobleme vollständig beseitigt werden.The invention is now based on the object of providing a method of the above designed so that the adjustment problems are completely eliminated will.
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.This object is achieved according to the invention in that I. two or more photoresist layers of different spectral sensitivity and / or dose sensitivity are applied one above the other, II. the photoresist layers over one or more Masks are exposed to wave or particle radiation, III. after completed Exposure the individual photoresist layers are developed individually one after the other and IV. after the individual developments, the area of the solid in use the developed photoresist layers are structured as a mask.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further refinements of the invention emerge from the subclaims.
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.The method according to the invention is particularly suitable for use in processes for the production of solid-state components that do not involve high-temperature processes must be carried out between the individual structuring, e.g. with thin-film technology or the manufacture of semiconductor components using ion implantation. The according to the invention In principle, however, the method is also suitable for such processes if one is under the photoresist layers also have two different high-temperature masking layers, e.g.
aus SiO2 und Si3N4, vorsieht.made of SiO2 and Si3N4.
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.The method according to the invention allows - in contrast to all previously known processes - the continuous multi-layer masking of strip material, such as for the economical production of sensors on the basis of thin-film strain gauges is particularly advantageous.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich sowohl für die Ätzstrukturierung als auch für die "lift-off"-Technik anwenden.The inventive method can be used both for Etching structuring as well as for the "lift-off" technique.
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.The combination of a positive photoresist with a negative photoresist is particularly advantageous because of the different chemical solution properties of these two types of resist a selective development and removal of the layers favor.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.Some exemplary embodiments of the invention are based on the following the accompanying figures explained in more detail.
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.They show: FIG. 1 a using the method according to the invention manufactured thin film strain gauges, Figs. 2a-d four successive stages in a first method for producing the strain gauge according to Fig. 1, 3 shows a mask used in the method explained with reference to FIG. 2, FIG. 4a-d four successive stages in a second method of manufacture of the strain gauge according to FIG. 1, and FIG. 5 shows one in which, based on FIG the mask used in the procedure explained.
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.At the outset it should be noted that the dimensions drawn in the figures do not always correspond to the actual conditions, especially the vertical ones Dimensions, i.e. the layer thicknesses, are exaggerated for the sake of clarity are.
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.Fig. 1 shows a using the method according to invention manufacturable thin-film strain gauges. It consists of a substrate 1 a non-conductive material or a metal support with an additional Insulation layer. On this substrate the strain gauge is in the form of a dumbbell-shaped layer 21 made of a resistance material applied to his Ends for making contact with contact layers 31 made of a highly conductive material is covered.
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.For the production of such a thin-film strain gauge, a corresponding a first embodiment is based on a layer arrangement like this is shown in Fig. 2a. On the substrate 1 made of e.g. quartz glass or an Al203 ceramic is first of all a resistance layer 2, e.g. made of CrNi, and then a conductor layer 3 made of e.g. Au or Ni. These two layers are with two superimposed Photoresist layers 4 and 5 of different spectral sensitivity covered.
Die untere Photolack-Schicht 4 besteht aus einem positiven, blaugrün-empfindlichen Photolack und die obere Schicht 5 aus einem negativen, ultraviolett-empfindlichen Photolack.The lower photoresist layer 4 consists of a positive, blue-green-sensitive Photoresist and the top layer 5 from a negative, ultraviolet-sensitive Photoresist.
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.This layer arrangement is now over that shown in FIG Mask 10 exposed to a broadband light source. In this mask 10 is the Surface 14 designed to transmit only blue-green light, ultraviolet However, light blocks. The surfaces 15 are designed so that they are ultraviolet Let light pass through while the surface 16 is formed so that they light each Block wavelength.
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.When the layer arrangement shown in FIG. 2a is exposed this mask are now exposed to the two photoresist layers 4 and 5 so that after their development from the upper layer 5 from a negative photoresist only the parts 51 corresponding to the contact surfaces 31 to be formed (parts 15 of the mask) (see Fig. 2b) stop while from the lower, negative, blue-green-sensitive Photoresist layer only the part 41 remains, that of the resistive layer to be produced 21 (parts 16 and 15 of mask 3) corresponds.
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.The arrangement thus obtained and shown in Fig. 2b is now with treated with an etchant, which both the resistive layer 2 and the conductor layer 3 attacks, the arrangement shown in FIG. 2c is obtained, in which all are not parts of the two metal layers covered by the residues 41 and 51 of the photoresist layers 2 and 3 are removed.
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.This is followed by a further exposure and subsequent Development of the remaining parts 41 of the positive photoresist layer is removed and then by an etchant that only attacks the conductor layer 3, which is still above of the resistive layer 21 and not of the photoresist partial layers 51 covered part of the conductor layer 3 removed.
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.Then the remaining parts of the photoresist layers can then be used are completely removed and the thin film strain gauges shown in Fig. 2d and Fig. 1 is finished.
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.The method described can be modified to the effect that on the substrate 1 with the metal layers 2 and 3 initially a layer of one negative photoresist and over it eane layer of a positive photoresist applied will. The mask used remains unchanged, and the process sequence remains virtually unchanged same.
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.The process variant described here with the one below positive Photoresist has the advantage of a better definition of the edges of the resistive layer to be produced, because here the lacquer mask rests directly on the metal layer and a positive one Photoresist gives better resolution than a negative photoresist.
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.The masking process described here when making a Thin-film strain gauges according to FIG. 1 can - as shown in FIG. 4a to 4d is shown - modified to the effect that on the substrate 1 only the resistance layer 2 and then first a layer 4 made of a negative, ultraviolet-sensitive photoresist and over it a layer 5 made of a positive, blue-green-sensitive photoresist is applied.
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.The photoresist layers 4 and 5 are from a broadband light source exposed through the mask 11 shown in Fig. 5, which is designed so that their surface 17 blocks all light, while the surfaces 18 for blue-green light and the surface 19 are transparent to ultraviolet light. In the upper positive Photoresist layer 4 is thus made up of the partial areas 18 and 19 (see Fig. #) exposing the composing area and the corresponding part of the photoresist layer soluble. In the underlying negative photoresist layer 4, only the over the resistance strip 21 to be formed (part 19 of the mask 11) lying strips 41 of the photoresist layer cross-linked and thus made insoluble. In development of the two photoresist layers 4 and 5, a negative of the one to be produced is thus created Structure, however, the resistance strip 21 to be formed from the remaining Part 41 of the layer 4 is covered from negative photoresist. This shown in Fig. 4b The structure is then, as FIG. 4c shows, by vapor deposition or electroplating covered with a conductor layer.
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.You can now leave the remaining unexposed parts of the photoresist layer 5, if necessary after a full-surface auxiliary exposure with blue-green Light, swell up, so the metal layer 3 is in the places where it is not rests directly on the resistance layer 2 (so-called.
~lift-off"-Technik)-.~ lift-off "technique) -.
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.Subsequently, by a acting only on the resistance layer Etchant those parts of the resistive layer that are no longer from the conductor layer 3 or above the resistive strip to be formed from the one in the lower photoresist layer 4 remaining ZuEe 41 are covered, removed.
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.This method can (as well as the above with reference to FIGS 3 method described) can be modified in that the photoresist layers 4 and 5 not from photoresists of different spectral sensitivity, but different dose sensitivity exist. The individual fields 17 to 19 the mask 11 then do not have a different spectral transmittance, but a different transmission, i.e. the field 17 is impermeable, the field 19 weakly permeable and the fields 18 more permeable. The upper Photoresist layer 5 has a high dose sensitivity, the lower photoresist layer 4 has a low dose sensitivity.
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.Dic applied to the substrate 1 and by the methods described structured layers 2 and 3 or layer - <> o can also be made of temperature-resistant Materials such as SiO2 and Si3N4 are made, which then are not themselves a component but, for example, in the formation of components in the substrate High temperature processes, such as diffusion, serve as masking layers.
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| DE19813133350 DE3133350A1 (en) | 1981-08-22 | 1981-08-22 | "Process for producing masking layers on a face to be patterned of a solid body" |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |