DE3401963A1

DE3401963A1 - Verfahren zur herstellung von fotoresiststrukturen mit gestuften flanken

Info

Publication number: DE3401963A1
Application number: DE19843401963
Authority: DE
Inventors: Günter-Elmar Dipl.-Ing. 8000 München Trausch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1984-01-20
Filing date: 1984-01-20
Publication date: 1985-07-25
Also published as: DE3401963C2

Description

Verfahren zur Herstellung von Fotoresiststrukturen mit
gestuften Flanken.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Präzisionsflachteilen, wie Düsenplatten, Bedampfungsschablonen oder Blenden mit einem einseitig metallisierten, lichtdurchlässigen Träger, insbesondere einer Glasscheibe, wobei in der Metallisierung fotolithographisch und ätztechnisch ein gewünschtes Flachteilmuster erzeugt und die metallisierte Trägerseite mit Fotoresist beschichtet wird.
Flachteile wie Düsenplatten, Bedampfungsschablonen oder Blenden können galvanoplastisch hergestellt werden. Bei besonders hohen Anforderungen an Konturendetails und Größe der Fensteröffnungen bedient man sich der in der DE-PS 28 28 625 vorgeschlagenen Technik, wo die Belichtungsmaske gleichzeitig als Träger für Fotoresist und Galvano fungiert.
Obwohl mit dieser Technik unterschiedliche Flankenformen der Flachteilkanten machbar sind, ist es bisher nicht möglich, gestufte Flanken zu erzeugen. Dies wird jedoch häufig benötigt, etwa für Löcher mit sprunghafter Durchmesseränderung. Beispiele sind Düsen oder Verteilerplatten mit Locherweiterungen für die Zuführungen (zum Beispiel Figur 1) oder Blenden, die an der Lochkontur relativ dünn sein sollen, aus Stabilitätsgründen insgesamt aber dicker sein müssen (zum Beispiel Figur 2). Ein ähnliches Beispiel zeigt die in der DE-PS 28 54 822 beschriebene Düsenplatte für Tintenstrahldrucker.
Gestufte Flanken bzw abgesetzte Fensteröffnungen bei Flachteilen werden bisher wie folgt realisiert: a) Galvanischer Aufbau mit Hilfe einer Fotoresiststruktur auf einem Trägerblech und partielles, der galvanischen Struktur zugeordnetes Entfernen (Ätzen) des Trägers.
b) Herstellen der Fotoresiststruktur für eine galvanische Abformung durch Aufbringen und Belichten des Resists in zwei Schritten unter Verwendung zweier, von der Strukturgröße her unterschiedlicher Belichtungsmasken mit einer abschließenden Resistentwicklung.
c) Galvanischer Aufbau mit Hilfe einer ersten Fotoresiststruktur, Aufbringen einer zweiten Fotoresistschicht, die maßlich unterschiedlich zur ersten strukturiert wird und Fortsetzen des galvanischen Aufbaues wie in der DE-PS 2 854 822 beschrieben.
Die Möglichkeit a) hat den Nachteil, daß ätztechnisch nicht die hohe maßliche Qualität von galvanoplastisch erzeugten Teilen erreicht wird. Mit den Techniken b) und c) erhält man nicht die hohe Resistauflösung der Masken Substrattechnik nach DE-PS 28 28 625. Beim Verfahren c) ist die Metallabscheidung in zwei Schritten häufig mit Schwierigkeiten bei Haftung und Abscheidungsgleichmäßigkeit verbunden.
Bei allen drei bekannten Techniken müssen zwei unterschiedliche Masken genau zueinander justiert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung gestufter Resist- und Flachteilflanken anzugeben. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zur Erzeugung von gestuften Resistflanken bzw. abgesetzten Flachteil-Fensteröffnungen Negativ-Fotoresist durch eine aufgelegte und ausgerichtete Maske belichtet wird, anschließend der belichteten, ersten Resistschicht eine zweite Resistschicht überlagert wird, die durch den dann als Maske dienenden Träger belichtet und abschließend alle unbelichteten Resistanteilcmit Entwickler entfernt werden.
Eine weitere Lösung besteht darin, daß zur Erzeugung von gestuften Resistflanken bzw. abgesetzten Flachteilfensteröffnungen Negativ-Fotoresist durch den als Maske dienenden Träger belichtet wird, wobei sich über dem Resist aufliegend oder in geringem, definiertem Abstand, parallel zum Träger, ein ebener tJV-Lichtreflektor befindet, der einen Großteil des aus dem Resist austretenden Lichtes in den Resist zurückreflektiert und durch definiertes Neigen des Substrat-Reflektor-Systems zur Lichtrichtung einseitig eine Resistbestrahlung über die metallfreien, lichtdurchlässigen Flächen des Trägers hinaus erfolgt, anschließend eine zweite Resistschicht aufgebracht und durch den Träger als Maske belichtet wird, wobei das gesamte, aus dem Resist austretende Licht absorbiert und kein Anteil reflektiert wird.
Während die Verfahrensvariante I eine zweite Maske benötigt, die zur ersten (dem Träger) justiert werden muß, kommt man bei Variante II mit nur einer Maske (dem Träger) aus. Bei geometrisch richtiger Anordnung von Substrat, Drehachse und Reflektor zur Lichtrichtung ergibt sich ein selbstjustierendes Belichtungssystem, das in jeder Richtung Resiststufen konstanter Abmessung und im Spezialfall rotationssymmetrische Strukturen garantiert.
Bei beiden Verfahrensvarianten bleibt in einem Teil der gestuften Resist- und Flachteilflanke die hohe Qualität der Masken-Substrattechnik erhalten. Er bildet bei Fensteröffnungen die Innenkontur, deren Größe, Form- und Genauigkeit in den meisten Anwendungsfällen besonders wichtig ist (Bedampfen, optisch Ausblenden).
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche 3 bis 8.
Die Erfindung wird anhand der Figuren erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine Verteilerplatte im Schnitt, Figur 2 eine Blende im Schnitt, Figur 3 die Herstellung gestufter Resistflanken nach Variante I in drei Stufen, Figur 4 die Herstellung nach Variante II in drei Stufen, Figur 5 die Flachteiloberfläche bei gestuften Resiststrukturen und Figur 6 eine mehrfach gestufte Resiststruktur.
Die Figuren 1 und 2 zeigen zwei Ausführungsbeispiele. In der Figur 1 ist mit 1 eine galvanisch abgeschiedene Metallfolie bezeichnet, in die eine Verteilerstruktur 2 eingebracht ist. Die Zuführung 3 versorgt die beiden Kanäle des Verteilers 2.
In der Figur 2 ist die Metallfolie ebenfalls mit 1 bezeichnet. 4 kennzeichnet eine grobe Blendenöffnung. Die exakt definierte Öffnung 5 übernimmt die eigentliche Blendenfunktion.
Nach der Darstellung in der Figur 3 ist auf einem Glasträger 6, der mit einer Metallisierung 7 einseitig versehen wurde, in der Metallisierung fotolithographisch und ätztechnisch das Flachteilmuster erzeugt. Die metallisierte Trägerseite wird mit Negativ-Fotoresist 8 beschichtet und dieser durch eine aufgelegte und ausgerichtete Maske 9 über dem Resist auf herkömmliche Weise in Pfeilrichtung belichtet (Figur 3a). In der Stufe 3b wird dann der partiell belichteten Resistschicht 8 eine zweite Resistschicht 10 überlagert. Die Belichtung erfolgt durch den Träger 6, der als Maske fungiert. Abschließend werden alle unbelichteten Resistteile mit Entwickler entfernt.
Die Figur 3c zeigt fertige Resiststruktur 11 mit gestuften Flanken.
In den Stufen a bis c der Figur 4 ist die Variante II dargestellt. Wieder geht man von einem einseitig metallisierten Glassubstrat 6 aus und erzeugt in der Metallisierung 7 das Flachteilmuster. Der aufgebrachte Negativresist 8 wird durch den Träger 6 belichtet. Über der Resistoberfläche befindet sich entweder im direkten Kontakt oder in geringem, definiertem Abstand parallel zu ihr ein ebener UV-Lichtreflektor 12. Bei der Belichtung durch den Träger 6 mit Licht 13, dessen Richtung zum Träger geneigt ist, wobei die Metallisierung 7 wieder als Maske dient, wird ein Teil des Lichts 14 im Resist absorbiert, während ein anderer Teil 15 aus dem Resist austritt und am Reflektor 12 reflektiert wird. Wie aus der Figur a hervorgeht, wird ein Großteil des aus dem Resist austretenden Lichts in den Resist zurückreflektiert. Durch definiertes Neigen des Substrat-Reflektor-Systems zur Lichtrichtung erfolgt einseitig eine Resistbestrahlung über die metallfreien, lichtdurchlässigen Flächen des Trägers hinaus.
Zusätzliche Rotation um eine Substratnormale beim Belichten bewirkt einen gleichmäßigen, belichteten Resistsaum auf der Metallisierung des Trägers längs ihrer Konturen.
Die Breite des Saumes ist primär eine Funktion von Substratneigung, Resistdicke und dem Abstand des Reflektors zur Resistoberfläche. Daneben spielen der Reflektionsgrad der Trägermetallisierung, die Belichtungsdosis und die Resistart wegen unerwünschter Reflektionen am Träger eine Rolle, schließlich die Brechzahl des Resists.
Nach der Darstellung in Figur 4b wird nun eine zweite Negativresistschicht 10 auf die partiell belichtete Resistschicht 8 aufgebracht. Die zweite Belichtung erfolgt wieder durch den Träger 6 mit Licht 16, dessen Richtung zum Substrat senkrecht ist. Dabei wird alles aus dem Resist austretende Licht absorbiert.
Die Figur 4c zeigt die fertige Resiststruktur 17 mit gestuften Flanken nach dem Entwickeln.
Obwohl Fotoresiststrukuren der beschriebenen Art grundsätzlich auch mit Flüssigresist (Fotolack) erzeugt werden können, kommen praktisch für die zumeist erwünschten selbsttragenden, also relativ dicken Flachteile mit charakteristischen Flankenformen, besonders Trockenresists infrage.
Obwohl bei Belichtung der ersten Resistschicht die Resistauflösung durch Reflektionen an der Trägermetallisierung gemindert wird, kann sie gegenüber der herkömmlichen Belichtung (durch eine auf den Resist gelegte Maske) deutlich erhöht werden.
Die Belichtungsdosis kann nämlich so kurz gehalten werden, wie sie zur Ausformung des Resiststrukturmantels gerade erforderlich ist, ohne Rücksicht auf Durchhärtung, das heißt Standfestigkeit der Resiststrukturen. Die dazu erforderliche, wesentlich höhere Dosis erhält der Strukturkern bei Belichtung der zweiten Resistschicht.
Beide vorgestellten Verfahrensvarianten arbeiten mit Negativresist. Besonders gut geeignet sind jedoch auch solche Positivresists, bei denen durch Temperieren nach dem Belichten eine Prinzipumkehr (also Unlöslichkeit der belichteten Anteile) erreicht wird, weil Positivresists weniger auf geringe Lichtdosen ansprechen, wie sie durch Reflektion an der Trägeroberfläche auftreten. Besser de- finierte Resistkonturen sind das Ergebnis.
Die Flankenform in der zweiten Resistschicht kann, wie in der DE-PS 28 28 625 beschrieben, durch Belichten mit geneigtem Substrat und/oder mit zusätzlicher Rotation variiert werden. Durch mehrfaches Belichten mit unterschiedlichen Neigungen der zweiten Resistschicht lassen sich zum Beispiel mehrarmige Resistfiguren auf einem Resistsockel erzeugen (Figur 1). Komplizierte Resistfiguren entstehen, wenn bei Belichtung einer oder beider Resistschichten mit Rotation die Substratneigung zum Licht drehwinkelabhängig gewählt wird.
Figur 5 zeigt die Besonderheit beim galvanischen Abformen von gestuften Resistflanken 11/17. Das abgeschiedene Metall 18 wächst zunächst bis zur Höhe h an der Flanke der ersten Resistschicht 8 in die Höhe. Danach wächst es sowohl in die Höhe als auch seitlich über den waagerechten Teil der Stufe der ersten Resistschicht 8. Nach Überwachsen der gesamten Stufenbreite b erfolgt das Aufwachsen entlang der zweiten Resistschicht bis zur gewünschten Dicke in die Höhe. Wie aus der Figur 5 zu erkennen ist, wächst das Metall nach Erreichen der ersten Resiststufe seitlich über den Resist an die Strukturteile aus der zweiten Resistschicht heran. Das Höhenwachstum über der Stufe verzögert sich dadurch. Auf diese Weise erhält die abgeschiedene Metallschicht an ihren Fensteröffnungen, und zwar an der dem Träger gegenüberliegenden Seite, einen trichterförmigen Einlauf 19. Dadurch kann die gesamte Dicke d + a der Metallisierung die Gesamthöhe der Resiststruktur d übersteigen, ohne daß es zu einem Überwachsen kommt. Wie aus der Figur 5 zu ersehen ist, entstehen Teile mit einseitig abgeflachten Kanten. Im Einzelfall kann dies von Vor- oder Nachteil oder auch gleichgültig sein. Es bewirkt jedoch, daß die Metallisierung über die Höhe der Resiststruktur aufgebaut werden kann.
Die mögliche Überhöhung a ergibt sich aus Resistdicke, Stufenhöhe, Stufenbreite und der Abscheidungscharakteristik des Galvanikbades.
Bei dem Verfahren nach der Erfindung zur Herstellung gestufter Resiststrukturen können nach Variante I oder II oder durch Kombination beider Varianten auch zwei oder mehrere Stufen in der Resist, bzw. Flachteilflanke erzeugt werden. Die Figur 6 zeigt eine entsprechende mehrfachgestufte Resiststruktur 20, die aus mehreren Resistschichten durch sinngemäße Anwendung der Prinzipien in den Figuren 3 oder 4 entstanden ist. Bei der Herstellung einer entsprechenden Resiststruktur müssen dann drei oder mehr Resistbeschichtungs- und Belichtungsschritte ausgeführt werden. Die letzte Stufe hat stets die hohe Definition des Masken-Substratverfahrens.
8 Patentansprüche 6 Figuren

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung von Präzisionsflachteilen, wie Düsenplatten, Bedampfungsschablonen oder Blenden mit einem einseitig metallisierten lichtdurchlässigen Träger, insbesondere einer Glasscheibe, wobei in der Metallisierung fotolithographisch und ätztechnisch ein gewünschtes Flachteilmuster erzeugt und die metallisierte Trägerseite mit Fotoresist beschichtet wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Erzeugung von gestuften Resistflanken (11, 17, 20) bzw. abgesetzten Flachteil-Fensteröffnungen Negativfotoresist (8) durch eine aufgelegte und ausgerichtete Maske (9) belichtet wird, anschließend der belichteten, ersten Resistschicht eine zweite Resistschicht (10) überlagert wird, die durch den dann als Maske dienenden Träger (6) belichtet und abschließend alle unbelichteten Resistanteile mit Entwickler entfernt werden.
2. Verfahren zur Herstellung von Präzisionsflachteilen, wie Düsenplatten, Bedampfungsschablonen oder Blenden mit einem einseitig metallisierten lichtdurchlässigen Träger, insbesondere einer Glasscheibe, wobei in der Metallisierung fotolithographisch und ätztechnisch ein gewünschtes Flachteilmuster erzeugt und die metallisierte Trägerseite mit Fotoresist beschichtet wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Erzeugung von gestuften Resistflanken (11, 17, 20) bzw. abgesetzten Flachteil-Fensteröffnungen Negativfotoresist durch den als Maske dienenden Träger (6) belichtet wird, wobei sich über dem Resist aufliegend oder in geringem, definiertem Abstand, parallel zum Träger ein ebener UV-Lichtreflektor (12) befindet, der einen Großteil des aus dem Resist austretenden Lichtes (15) in den Resist zurückreflektiert und durch definiertes Neigen des Substrat-Reflektor-Systems zur Lichtrichtung einseitig eine Resistbestrahlung über die metallfreien, lichtdurchlässigen Flächen des Trägers hinaus erfolgt, anschließend eine zweite Resistschicht (10) aufgebracht und durch den Träger als Maske belichtet (16) wird, wobei das gesamte, aus dem Resist austretende Licht absorbiert und kein Anteil reflektiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß beim ersten Belichtungsvorgang eine zusätzliche Rotation um eine Substratnormale vorgenommen wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Negativ-Fotoresist ein Trockenresist verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß zur Minderung von Reflektionen an der Trägermetallisierung bei der Belichtung der ersten Resistschicht die Lichtdosis so klein gehalten wird, daß sie gerade zur Ausformung der Mantelfläche ohne Rücksicht auf die Standfestigkeit der Resiststruktur genügt.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß Positivresists verwendet werden, bei denen durch Temperieren nach dem Belichten eine Prinzipumkehr erreicht wird.
7. Verfahren nach dem Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß sich die Flankenform (20) mehrfach gestuft ausbildet, indem man mehrere Resistschichten aufbringt und die einzelnen Schichten jeweils mit Masken unterschiedlicher Fensteröffnungen belichtet (Figur 6).
8. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß sich die Flankenform mehrfach gestuft ausbildet, indem man mehrere Resistschichten aufbringt und die einzelnen Schichten jeweils durch den Träger mit unterschiedlicher Substratneigung zum einfallenden Licht bestrahlt.