DE3751551T2

DE3751551T2 - Lithographisches Verfahren unter Anwendung von Laser zur Herstellung von elektronischen Elementen und ähnlichen.

Info

Publication number: DE3751551T2
Application number: DE3751551T
Authority: DE
Inventors: Shyam Das
Original assignee: Quantum Corp
Current assignee: Quantum Corp
Priority date: 1986-08-08
Filing date: 1987-08-07
Publication date: 1996-05-30
Anticipated expiration: 2007-08-08
Also published as: EP0256938B1; KR960015787B1; KR880003410A; JPS63134679A; EP0256938A3; JPH0791661B2; EP0256938A2; CA1279104C; DE3751551D1

Description

1. Gebeit der Erfindung

Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der lithographischen Bearbeitungstechniken und insbesondere Techniken, die Laser verwenden, zur Herstellung von elektronischen Bauteilen unter Verwendung von Lithographie. Die Lasertechniken der Erfindung sind insbesondere bei der Herstellung von Bauelementen wie magnetischen Dünnfilm-Lese-/Schreibköpfen für Magnetspeicherbausteine für digitale Datenverarbeitungssysteme nützlich.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Bei der Herstellung einiger Typen von elektronischen Geräten verwendet man seit einigen Jahren vorteilhaft mikrolithographische Techniken. Solche Techniken werden zum Beispiel bei der Halbleiterbearbeitung verwendet und sind in jüngerer Zeit bei der Fertigung von Lese-/Schreibköpfen angewandt worden, die in Plattenspeichereinheiten für Massendaten verwendet werden.
Bei der mikrolithographischen Herstellung von elektronischen Bauelementen wird zuerst ein Werkstück gebildet, im Falle einer Halbleiterbearbeitung etwa ein Substrat. Danach werden lithographische Techniken verwendet, um die verschiedenen Schaltkreise und andere Merkmale in dem Werkstück zu bilden. Bei diesen Techniken werden verschiedene Matenaischichten abgelagert, und die Merkmale werden darin mittels eines Photowiderstandsmaterials ("Photoresist") dargestellt, das auf eine bekannte Weise aufgetragen und gemustert wird. Nachdem das Photoresist gemustert ist, werden Teile des Werkstücks oder ausgewählte Schichten unter den nicht durch die Masken bedeckten Bereichen durch chemisches Ätzen oder Ionenstrahlätzen entfernt. Dieser Prozeß wird typischerweise einige Male wiederholt, um das endgültige Bauteil herzustellen.
Sowohl beim chemischen Ätzen als auch beim Ionenstrahlätzen tauchen jedoch einige Probleme auf. Beim chemischen Ätzen entfernen die Chemikalien, die verwendet werden, um das Ätzen durchzuführen, nicht nur das ungeschützte Material von den unmaskierten Gebieten, sondern tendieren ferner dazu, die Teile des Werkstücks direkt unter den Rändern der maskierten Gebiete zumindest ein wenig zu unterätzen. Dies geschieht, da die Seitenwände der Bereiche direkt unter den Masken den Chemikalien ausgesetzt sind und ebenfalls geätzt werden, wenn die Atzchemikalien das unmaskierte Material entfernen. Dieses Unterätzen begrenzt die Größe der Merkmale, die in dem Bauteil gebildet werden können. Insbesondere muß der Konstrukteur beim Entwurf eines Bautejis den Grad des Unterätzens berücksichtigen, der während der Bauteilherstellung erwartet wird, wenn er bestimmt, wie nahe Merkmale zusammenliegen können, und die minimalen Breiten der Merkmale bestimmt.
Beim Ionenstrahlätzen ist der Ionenstrahl, der das Ätzen durchführt, in einer Richtung laufend. Dementsprechend tritt kein Unterätzen auf, falls der Ionenstrahl senkrecht auf die Oberfläche des Werkstücks gerichtet wird. Jedoch verwenden gegenwärtige Ionenstrahl-Ätztechniken einen breiten Ionenstrahl, der auf das gesamte Werkstück gerichtet wird, und nicht auf einen bestimmten Teil des Werkstücks. Als Folge entfernt der Ionenstrahl nicht nur Material, das nicht maskiert ist, sondern schneidet auch zumindest in das maskierende Material selbst. Dementsprechend muß man darauf achtgeben, sicherzustellen, daß die Masken dick genug sind, daß sämtliches zu entfernende unmaskierte Material tatsächlich entfernt wird, bevor die Maske selbst vollständig weggeätzt wird. Die Maske kann nicht beliebig dünn sein; sie muß wenigstens so dick sein, daß sie nicht weggeätzt wird, bevor die Teile der darunterliegenden zu ätzenden Schicht auf die verlangte Tiefe geätzt worden sind. Falls die Maske zu dick ist, begrenzt sie überdies die minimale Merkmalgröße auf dem Werkstück.
Ein weiteres Problem bei Ionenstrahl-Ätztechniken ist, daß sie energiegeladene Teilchen verwenden, etwa Atome oder Ionen, die auf das gesamte Werkstück gerichtet werden. Wenn das gesamte Werkstück so den energiegeladenen Teilchen ausgesetzt wird, erfährt es eine Temperaturzunahme und einen Wärmeaufbau, der für Bauteile wie die magnetischen Lese-/Schreibköpfe unerwünscht ist. Überdies wird beim Ionenstrahlätzen häufig eine kleine Menge des anfänglich von dem Werkstück entfernten Materials anderswo auf dem Werkstück wiederabgelagert, was die mit der Technik mögliche Merkmalgrößenauflösung begrenzen kann und in manchen Fällen auch den ordnungsgemäßen Betrieb des Bauteils beeinträchtigen kann.
Man hat bisher auch Laser verwendet, um manche schwierig zu ätzenden Werkstückmaterialien zu ätzen, wie Keramik und manche Polymere, und ferner beim Trimmen von Schaltungselementen wie Dünnfilmwiderständen. Bei den existierenden Lasertechniken wird der Laserstrahl auf einen winzigen Fleck fokussiert, der auf die Oberfläche eines Werkstücks gerichtet wird. Der Fleck wird über die Oberfläche des Werkstücks bewegt, um das ungewünschte Material zu entfernen. Dies beseitigt die Notwendigkeit zur Maskierung, hat aber zumindest einige Nachteile. Zum Beispiel ist beim Laserätzen die Größe des Flecks eine untere Grenze für die Größe der Merkmale, die in dem Werkstück gebildet werden können, und daher wären für ein sehr kleines oder beliebig geformtes Merkmal hochentwickelte optische Elemente erforderlich. Da bei der üblichen Lasertechnik nur ein Merkmal auf einmal gebildet wird, würde überdies mehr Zeit benötigt, als wenn der Laser auf der gesamten Oberfläche des Werkstücks auf einmal arbeiten könnte.
Bei allen drei Techniken ist es außerdem schwierig, ein einmal begonnenes Ätzen anzuhalten, um sicherzustellen, daß Vertiefungen gebildet werden, die vorbestimmte, ganz präzise definierte Tiefen aufweisen. Die Tiefe einer geätzten Vertiefung ändert sich nicht nur mit der Zeit, die das Ätzen angewandt wird, sondern auch mit den Eigenschaften der gerade geätzten Materialien, und Variationen in den Materialien führen zu Variationen in den Tiefen der Vertiefungen, wie zwischen verschiedenen Produktionsläufen selbst namentlich der gleichen Materialien. Die Druckschrift JP-A-61-76689 offenbart ein Verfahren zum Ätzen einer Vertiefung in einem Werkstück, das die Verfahrensschritte gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1 aufweist.

ABRISS DER ERFINDUNG

Die Erfindung liefert eine neue und verbesserte Laserlithographietechnik gemäß Patentanspruch 1, zum Ätzen eines Werkstücks, im Falle einer Halbleiterbearbeitung etwa eines Substrats. Bei der neuen Technik wird eine Maske aus einem Material, das auf den Wellenlängen des zu verwendenden Lasers hochreflektierend ist, mittels üblicher Techniken auf die Oberfläche des Werkstücks gelegt. Die Laserstrahlung wird dann auf die maskierte Oberfläche des Werkstücks gerichtet, um das unmaskierte Material zu entfernen. Die Laserstrahlung wird gleichförmig über ein Gebiet des Werkstücks gerichtet, das verglichen mit der Größe eines darauf zu bildenden Merkmals groß ist. Das reflektierende Material reflektiert die Laserstrahlung von den Gebieten, die nicht zu entfernen sind. Bei diesem neuen Verfahren wird eine Menge der zugeführten Energie nicht von dem Werkstück absorbiert, sondern stattdessen entweder durch die Maske reflektiert oder verwendet, um unmaskiertes Material zu verdampfen. Dementsprechend bleiben die von der reflektierenden Maske bedeckten Teile des Werkstücks, die nicht zu ätzen sind, nahezu auf Umgebungstemperatur. Dies minimiert die oben erwähnten ungünstigen Wirkungen des Wärmeaufbaus.
Um in der Oberfläche eines Werkstücks eine Vertiefung mit einer vorgewählten Tiefe zu bilden, wird ein Werkstück gebildet, bei dem zuerst eine Schicht aus reflektierendem Material auf einem Substrat abgelagert wird und eine weitere Schicht aus nichtreflektierendem Material, in der die Vertiefung zu bilden ist, über der Oberseite des reflektierenden Materials abgelagert wird. Danach wird eine Maske, die gemustert ist, um die Seitenwände der Vertiefung abzugrenzen, auf die Oberfläche des Werkstücks gelegt, das heißt, über die Oberseite des abgelagerten nichtreflektierenden Materials. Danach wird Laserstrahlung auf die obere Oberfläche des Werkstücks gerichtet, welche das bloßliegende nichtreflektierende Material entfernt. Die untere Schicht aus reflektierendem Material bildet die untere Grenze der durch dieses Verfahren gebildeten Vertiefung.
In einer Abwandlung dieses Verfahrens kann während des Ätzprozesses eine Flüssigkeit auf die Oberfläche des zu ätzenden Werkstücks aufgebracht werden. Vorzugsweise absorbiert die ausgewählte Flüssigkeit die Laserstrahlung nicht. Die Flüssigkeit hilft beim Entfernen des durch den Laser verdampften Materials, so daß der Prozeß schneller und sauberer vor sich gehen kann, und bringt noch weitere Vorteile mit sich, wie eine Kühlung des Werkstücks, um Wärmebeanspruchungen in den geätzten Gebieten zu vermeiden. Wenn eine Flüssigkeit ausgewählt wird, die bei den hohen Temperaturen, die durch den Laser erzeugt werden, mit dem Material des Werkstücks in den geätzten Gebieten reagiert, kann ferner eine feinere Ätzauflösung erzielt werden. In einer Abwandlung kann das Werkstück teilweise oder vollständig in ein Bad aus der Flüssigkeit eingetaucht werden, anstatt die Flüssigkeit nur über die Oberfläche des zu ätzenden Werkstücks zu legen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Auf die Erfindung wird insbesondere in den beigefügten Patentansprüchen hingewiesen. Die obigen und weitere Vorteile der Erfindung sind besser verständlich unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen:
Fig. 1, die Fig. 1A bis 1C umfaßt, die neue Laserlithographietechnik gemäß der Erfindung zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINES AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Unter Bezugnahme auf die Figuren zeigt Fig. 1a ein Werkstück 10, das in Verbindung mit der neuen Laserlithographietechnik verwendet werden kann. Das Werkstück enthält ein Substrat 11, auf dem eine vorausgehende Bearbeitung durchgeführt worden sein kann, bevor die hierin beschriebene Laserbearbeitungstechnik begonnen hat. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Werkstück 10 ist die vorausgehende Bearbeitung durchgeführt worden, eine Schicht 12 auf der Oberseite des Substrats 11 abzulagern. Zusätzlich können bei einer vorausgehenden Bearbeitung verschiedene, in Fig. 1 nicht besonders dargestellte Merkmale und elektronische Schaltungselemente in dem Substrat 11 und der Schicht 12 gebildet worden sein, mit Hilfe von üblichen Verfahren, die keinen Bestandteil der Erfindung bilden.
Gemäß der Erfindung wird anfänglich eine Schicht 13 auf der Schicht 12 abgelagert, danach auf der Schicht 13 eine dritte Schicht 14 abgelagert, in der mit Hilfe von Laserstrahlung (durch nach unten weisende Pfeile 16 dargestellt) eine Vertiefung zu bilden ist, und wird danach eine obere Schicht 15 über der Schicht 14 gebildet. Die Schicht 15 wird gemustert, um Öffnungen 20 (Fig. 1B) in der Schicht zu bilden, was dazu dient, Teile der darunterliegenden Schicht 14 bloßzulegen. Die Schicht 15 kann zum Beispiel durch übliche photolithographische Techniken unter Verwendung von chemischen Ätzverfahren oder Ionenstrahl- Ätzverfahren gemustert werden. Die Öffnungen 20 werden vorgesehen, um die Seitenwand-Grenzen der Vertiefungen zu definieren, die in der darunterliegenden Schicht 14 zu bilden sind. Zwei solche Öffnungen 20 sind in Fig. 1B gezeigt. Die Öffnungen können eine beliebige Form haben.
Der Laser, der verwendet wird, wird so ausgewählt, daß die Materialien, die die Schichten 13 und 15 aufweisen, bei der Wellenlänge der Laserstrahlung hochreflektierend sind. Das Material, das die Schicht 14 aufweist, wird so ausgewählt, daß es bei der Wellenlänge der Laserstrahlung ein niedriges Reflexionsvermögen und außerdem eine niedrige Durchlässigkeit aufweist. Da die Schicht 15 bei den Wellenlängen der auffallenden Laserstrahlung 16 hoch reflektierend ist, reflektiert die Schicht 15 Laserstrahlung, wie in Fig. 1C gezeigt und durch Pfeile 17 dargestellt, und wird somit nicht durch die Strahlung beeinflußt. Die Schicht 14 reflektiert die Strahlung jedoch nicht, und somit absorbieren die durch die Öffnungen 20 bloßliegenden Bereiche die Strahlung und werden dadurch wirksam verdampft und somit entfernt, um Vertiefungen 21 zu bilden. Das Entfernen der bloßliegenden Teile der Schicht 14 dauert an, bis die darunterliegenden Teile der reflektierenden Schicht 13 bloßgelegt sind. Die Schicht 13 reflektiert wie die Schicht 15 die Laserstrahlung, wie durch Pfeile 18 dargestellt, und wird dadurch ebenfalls nicht in Mitleidenschaft gezogen.
Das Muster der Schicht 15 bestimmt somit die Form (aus einer Richtung senkrecht zu der bloßliegenden Oberfläche der Schicht 15 gesehen) der Vertiefung in der Schicht 14, und die Schicht 13 dient wirksam dazu, die maximale Tiefe der Vertiefung im Werkstück festzulegen, indem sie verhindert, daß auf die Schicht 12 Laserstrahlung auftrifft. Dementsprechend ist deutlich, daß sich die Vertiefung nicht in die Schicht 1 2 oder das Substrat 11 hinein erstreckten wird.
Das Muster der Schicht 15 ist zwar als in Situ gebildet beschrieben worden, das heißt, während sich die Schicht 15 an Ort und Stelle auf dem Werkstück befand, der Fachmann erkennt aber, daß die Schicht 15 eine Maske aufweisen kann, die gemustert worden ist, bevor sie aufgelegt wird.
Man erkennt, daß es in manchen Fällen möglicherweise nicht erwünscht ist, daß sich die Ätzstoppschicht 13 über das gesamte Werkstück 10 erstreckt. Wird zum Beispiel Kupfer als Schicht 13 ausgewählt, und erstreckt sich die Schicht 13 über das gesamte Werkstück, so würde das Kupfer überall im gesamten Werkstück als elektrischer Leiter wirken. Falls das Werkstück elektrische Verbindungen durch die Öffnungen 21 in der Schicht 14 aufweisen soll, darf sich die Schicht 13 natürlich nicht auf sämtliche Öffnungen erstrecken. Es kann daher notwendig sein, auch die Ätzstoppschicht 13 zu mustern, so daß die Schicht tatsächlich ein Komplement zu den Öffnungen in der Schicht 15 bildet. Dies würde ausreichen, um elektrische Leitungswege durch die Schicht 13 zwischen den Öffnungen 21 zu beseitigen.
Die für die Schichten 13, 14 und 15 ausgewählten Materialien hängen von dem im Verfahren verwendeten Laser ab, oder alternativ hängt der zur Verwendung in dem Verfahren ausgewählte Laser von den Arten der Materialien ab, die möglicherweise für das Werkstück benötigt werden. In einem bestimmten Beispiel kann das Substrat 11 ein Keramiksubstrat mit hoher Dichte aufweisen, mit ungefähr siebzig Prozent Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;) und dreißig Prozent Titankarbid, kann die Schicht 12 Aluminiumoxid aufweisen und wird gewünscht, eine Vertiefung in einer Schicht 14 zu erzeugen, die ebenfalls aus Aluminiumoxid besteht.
Um mit dem zuvor erwähnten Beispiel fortzufahren, kann ein Kohlendioxidlaser (CO&sub2;-Laser) wirksam verwendet werden, da die Absorption der Kohlendioxid- Laserstrahlung durch Aluminiumoxid sehr hoch ist; das heißt, die Aluminiumoxid aufweisende Schicht 14 absorbiert in den von dem Kohlendioxidlaser emittierten Wellenlängen leicht Strahlung, und somit werden die bloßliegenden Gebiete der Schicht 14 wirksam durch den Laser verdampft. Geeignete Materialien für die Schichten 13 und 15 in diesem Beispiel sind Kupfer und Gold, die beide in der Größenordnung von achtundneunzig Prozent der Strahlung in den von Kohlendioxidlasern erzeugten Wellenlängen absorbieren. in einem bestimmten Beispiel kann die Schicht 13 Gold und kann die Schicht 15 Kupfer sein, wobei beide Materialien mit Hilfe von Sputtern auf den jeweiligen darunterliegenden Schichten abgelagert werden und wobei die Kupferschicht 15 leicht mit Hilfe von lonenstrahl-Ätztechniken oder chemischen Ätztechniken gemustert werden kann.
Man erkennt, daß dieses Verfahren eine Anzahl von Vorteilen gegenüber üblichen Ätzverfahren zeigt. Insbesondere entfernt das Laserätzen typischerweise ungewünschtes Material viel schneller, als es mit Hilfe von chemischen Ätztechniken erreicht werden kann, und mit keinem der gegenwärtigen Unterätzprobleme. Die neue Laserätztechnik kann einige kleinere Verformungen auf Grund von Wärmeenergie verursachen, die in die Umgebung der Öffnungen im Werkstück außerhalb des gerade entfernten Bereichs geleitet wird, und ferner auf Grund einer Wiederverfestigung von etwas geschmolzenem Material; diese können aber minimiert werden, wie unten erläutert wird.
Die neue Laserätztechnik ist nicht auf unterschiedliche Ätzgeschwindigkeiten zwischen dem Maskierungsmaterial und dem zu ätzenden Material angewiesen, wie Ionenstrahl-Ätztechniken. Dementsprechend ist die minimale Dicke der bei der Lasertechnik verwendeten Maske nicht mit der Dicke der zu ätzenden Vertiefung verknüpft, wie in dem Fall in Verbindung mit Ionenstrahltechniken. Die bei der Laserätztechnik verwendeten reflektierenden Schichten müssen genügend dick sein, um über der Oberfläche des Werkstücks in den nicht zu ätzenden Gebieten reflektierend zu sein.
Die neue Laserätztechnik erfordert überdies nicht, den Laserstrahl auf einen kleinen Fleck zu fokussieren und ihn über die Oberfläche des Werkstücks zu bewegen, um die verlangten Merkmale zu bilden, wie es bei gegenwärtigen Laserätztechniken erforderlich ist. Die hochentwickelten optischen Systeme, die für gegenwärtige Lasertechniken charakteristisch sind, werden daher bei der neuen Technik nicht benötigt. Außerdem ist die minimale Merkmalgröße nicht mit der Größe des Laserflecks verknüpft, und das Werkstück kann auf einmal bearbeitet werden, da es die neue Technik erlaubt, die gesamte Oberfläche des Werkstücks auf einmal zu bearbeiten.
Wie erwähnt wurde, können mittels der neuen Laserlithographietechnik gebildete Vertiefungen auf Grund einer Erwärmung des Werkstücks außerhalb des gerade entfernten Bereichs und außerdem auf Grund einer Wiederverfestigung von Material, das durch den Laser erwärmt, aber nicht verdampft wurde, geringfügig verformt werden, was die Auflösung des Erzeugnisses begrenzen kann. Außerdem können sich manche metallische und keramische Materialien verformen und können manche keramischen Materialien unter intensiver Laserstrahlung springen. Diese Probleme können jedoch minimiert werden, indem das Werkstück in eine Flüssigkeit eingetaucht wird oder eine Flüssigkeitsschicht über der bestrahlten Oberfläche des Werkstücks vorgesehen wird, während der Laser die Oberfläche bestrahlt. Die Flüssigkeit kann sowohl zum Kühlen des Werkstücks auch dazu dienen, von dem Werkstück aufgeworfene Trümmer abhängig von der Natur der Flüssigkeit entweder durch chemische Wirkung aufzulösen oder durch mechanische Wirkung wegzuschwemmen, während der Laser darauf verladen wird.
Wie der Fachmann erkennt, hängt die Wahl einer geeigneten Flüssigkeit von einer Anzahl von Faktoren ab. Insbesondere sollte eine geeignete Flüssigkeit ziemlich durchlässig für die Laserstrahlung sein und nicht mit dem Maskierungsmaterial reagieren (das heißt, den Schichten 13 und 15 in Fig. 1). Falls die Flüssigkeit überhaupt mit dem gerade geätzten Material reagiert (das heißt, der Schicht 14 in Fig. 1), sollte sie vorzugsweise bei Raumtemperatur nur sehr langsam reagieren, so daß das Werkstück außerhalb des Gebiets, auf das der Laserstrahl auftrifft, selbst nicht durch die Flüssigkeit geätzt wird.
Falls die Flüssigkeit bei erhöhten Temperaturen mit dem zu ätzenden Material reagiert, was in den von der Laserstrahlung bestrahlten Gebieten der Fall sein würde, kann sie die Ätztätigkeit unterstützen, wobei tatsächlich ein chemisches Ätzen auf dem Material in dem von dem Laser getroffenen Gebiet durchgeführt wird. Da die Temperatur der Teile des Materials, die nicht direkt Laserstrahlung empfangen, nicht so stark wie die der Teile erhöht wird, die direkt Laserstrahlung empfangen, werden sie durch die Flüssigkeit nicht so stark geätzt. Das resultierende Ätzen durch die Flüssigkeit, das tatsächlich ein chemisches Ätzen ist, würde mehr ein anisotropes als ein übliches chemisches Ätzen sein.

BEISPIELE

Beispiel Nr.1

Ätzen von Aluminiumoxid durch CO&sub2;-Laser

Auf einem Substrat wurde eine Aluminiumoxidschicht gebildet, und durch Sputtern wurde eine 200-Angström-Schicht aus Chrom abgelagert. Die Chromschicht wurde vorgesehen, um als Haftschicht für die nächste Schicht zu wirken, die Gold war (alternativ hätte Kupfer verwendet werden können). Die Goldschicht, die als Schicht 13 (Fig. 1) diente, war einen halben Mikrometer dick. Danach wurde durch Sputtern eine ungefähr dreißig bis vierzig Mikrometer dicke Lage Aluminiumoxid abgelagert, um die Schicht 14 zu bilden, und eine drei zehntel bis fünf zehntel Mikrometer dicke Schicht aus Kupfer (alternativ hätte Gold verwendet werden können) wurde als Schicht 15 gesputtert.
Die Kupferschicht (15) wurde dann durch übliche photolithographische Techniken gemustert. In einem Fall wurde eine Schicht Photoresist auf der Oberseite der Kupferschicht abgelagert und auf eine übliche Weise gemustert, wobei ein Muster der Kupferschicht darunter bloßgelegt wurde. Das bloßgelegte Kupfer wurde mittels Ionenstrahlätzen geätzt, und irgendwelches Photoresist wurde in einem Entwickler gelöst. Dies ließ die Öffnungen (20, Fig. 1) zurück, wobei das Aluminiumoxid in der Schicht 14 bloßgelegt wurde.
In einem anderen Fall wurde die Kupferschicht 15 unter Verwendung einer üblichen Abhebetechnik gemustert. Bei dieser Technik wurde die Photoresist-Schicht abgelagert, bevor die Kupferschicht (die Photoresist-Schicht ist in Fig. 1 nicht gezeigt) und ein Muster im Photoresist in einem üblichen photolithographischen Verfahrensschritt bloßgelegt wurde. Danach wurde durch Sputtern eine dünne Kupferschicht auf der Oberseite des Photoresists abgelagert, und das gemusterte Photoresist wurde in einem Entwickler gelöst. Das sich lösende Photoresist nahm das Kupfer direkt auf der Oberseite mit sich, wobei das Kupfer in dem gewünschten Muster zurückblieb.
Nachdem die Kupferschicht 15 gemustert wurde, wurde das Werkstück mit einem dünnen Film aus Methylenchlorid-Flüssigkeit bedeckt und unter Verwendung eines gepulsten Kohlendioxidlasers bestrahlt, um das bloßliegende Aluminiumoxid zu ätzen. Die durch den Laser zugeführte Energie war ungefähr vier Joule pro Laserpuls bei vier bis zehn Pulsen pro Sekunde über einem Gebiet von ungefähr einem viertel Quadratzoll.

Beispiel Nr.2

Ätzen unter Verwendung einer abnehmbaren Maske

In diesem Beispiel wurde die die Maske aufweisende Schicht 15 nicht auf dem Werkstück abgelagert, sondern stattdessen getrennt gebildet und auf die Oberfläche des zu ätzenden Werkstücks gelegt. Ein Werkstück wurde aus Aluminiumoxid gebildet. Aus allgemein planarem Nickel wurde eine Basismaske gebildet, mit Öffnungen, durch die hindurch das Werkstück bestrahlt werden konnte. Die Maske hatte eine Dicke von ungefähr fünfzehn Mikrometer in den an die Öffnungen angrenzenden Gebieten und anderswo eine Dicke von ungefähr 125 Mikrometer, wobei der dicke Teil mechanische Stabilität erzeugte, während der dünne Teil eine bessere Auflösung bei der Ausrichtung der Maske über dem Werkstück berücksichtigte. Um chemische Wechselwirkungen zwischen der Maske und einer eventuell verwendeten Flüssigkeit zu verhindern, wurde die Maske mit einer Zehn- Mikrometer-Schicht aus Gold plattiert. Die Maske wurde dann auf das Werkstück ausgerichtet, und beide wurden in einer Spannvorrichtung zusammengeklemmt. Danach wurde auf die Spannvorrichtung Methylenchlorid-Flüssigkeit gesprüht, um eine gleichförmige dünne Schicht auf der Oberfläche zu bilden, welche die Laserstrahlung empfangen würde.
Das Werkstück wurde dann mittels eines CO&sub2;-Lasers bestrahlt. Um die Energie pro Flächeneinheit des Lasers zu erhöhen (der ungefähr vier Joule pro Puls hatte), wurde der Laserstrahl mit Hilfe von Linsen auf eine Größe von ungefähr ein viertel Zoll mal ein Zoll fokussiert, und das Werkstück wurde mit einer Geschwindigkeit von sechstausend Zoll pro Sekunde unter dem Laserstrahl bewegt, bis die gesamte Oberfläche des Werkstücks durch die Maske hindurch bestrahlt worden war. Der Prozeß wurde zwanzig mal wiederholt, um Vertiefungen in dem Aluminiumoxid mit einer Tiefe von ungefähr fünfunddreißig Mikrometer zu bilden.
Nachdem der Prozeß beendet war, wurde die Maske durch Öffnen der Spannvorrichtung von dem Werkstück entfernt. Die Maske konnte in einem nachfolgenden Ätzprozeß verwendet werden.

Beispiel Nr.3

Ätzen von Keramik mit hoher Dichte

Ein Werkstück wurde aus Keramik mit hoher Dichte hergestellt, mit einer gemusterten Schicht aus Kupfer, um das zu ätzende Muster zu bilden. Um das Ätzen durchzuführen, wurden Kohlendioxid-, Rubin- und ND-YAG-Laser verwendet. Wenn das Ätzen in Luft durchgeführt wurde, das heißt, wenn keine Flüssigkeit vorhanden war, entwickelten sich kleine Risse in der Keramik und wiederverfestigten sich einige Keramiktrümmer aus dem Ätzen.
In weiteren Versuchen unter Verwendung von Keramik mit hoher Dichte wurden mehrere Flüssigkeiten verwendet, einschließlich Methylenchlorid und einer Lösung von Kaliumhydroxid in Wasser. Die Kaliumhydroxidlösung war für die ND-YAG- und Rubinlaser im allgemeinen zufriedenstellend, obwohl sie für einige Flüssigkeitstiefen ungefähr fünfunddreißig Prozent der Strahlung des ND-YAG-Lasers absorbierte. Die bevorzugte Konzentration des Kaliumhydroxids lag in der Größenordnung von zwölf normal (12N) oder darüber; Versuchsätzungen in Lösungen mit Konzentrationen in der Größenordnung von sechs normal oder weniger zeigten etwas Reißen der Keramik.

Beispiel Nr.4

Ätzen von Permalloy

Es wurde ein Werkstück erzeugt, das ein Alsimag-Substrat aufwies, auf dem durch Sputtern eine dreitausend Angström dicke Schicht aus Aluminium abgelagert wurde. Das Aluminium diente als Ätzstoppschicht. Danach wurde eine zweitausend Angström dicke Schicht aus Permalloy auf die Aluminiumschicht plattiert. Unter Verwendung einer Abhebetechnik wurde auf der Permalloy-Schicht eine Aluminiummaske gebildet. Das Werkstück wurde dann in Luft mit einem Kryptonfluoridlaser bestrahlt. Das Permalloy wurde geätzt, ohne die Aluminiummaske oder die Ätzstoppschicht in Mitleidenschaft zu ziehen.
In einem anderen Versuch wurde eine Lösung aus verdünnter Salpetersäure mit kleinen Mengen von Kaliumdichromat verwendet. Das resultierende Ätzen wies eine geringere Wiederverfestigung von geschmolzenem Permalloy auf, als sie beim Ätzen ohne die Flüssigkeit aufgetreten war.

Beispiel Nr.5

Ätzen von Polymer

Auf einem Siliziumsubstrat wurde ein dünner Kupferfilm als Ätzstoppschicht (13, Fig. 1) abgelagert. Auf der Kupferschicht wurde eine Schicht Photoresist abgelagert und hartgebrannt. Ein Teil der Photoresist-Schicht wurde durch ein Loch in einer abnehmbaren Maske aus rostfreiem Stahl hindurch Rubinlaserstrahlung ausgesetzt. Der Laserstrahl hatte einen wirksamen Durchmesser von etwa 3 Millimeter, und das Loch in der Maske hatte einen Durchmesser von etwa 40 Mikrometer. Der von dem Laser getroffene Teil des Photoresists wurde wirksam in flüchtige Bestandteile zerlegt, und es trat keine Wiederverfestigung auf. Das Kupfer stoppte das Ätzen wirksam, wurde durch die hohe Energie der Rubinlaserstrahlung aber etwas verformt.

Claims

1. Verfahren zum Ätzen einer Vertiefung in einem Werkstück unter Verwendung von Laserstrahlung durch ein Muster in einer Maske, wobei das Muster zu ätzende Teile des Werkstücks bloßlegt und Abmessungen aufweist, die die Grenzen der Vertiefung bilden, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte umfaßt:

als das Material, das die Maske umfaßt, ein Material zu verwenden, das bei den Wellenlängen der Laserstrahlung reflektierend ist;

eine Flüssigkeitsschicht über der Oberfläche der Maske vorzusehen, wobei die Flüssigkeit so ausgewählt ist, daß sie für die Strahlung des zu verwendenden Lasers im wesentlichen durchlässig ist;

das Werkstück Laserstrahlung auszusetzen, um von den durch das Muster in der Maske bloßgelegten Teilen des Werkstücks Material zu entfernen, für eine Dauer, die ausreicht, um in dem Werkstück eine Vertiefung mit einer ausgewählten Tiefe zu erzeugen, wobei die reflektierende Maske verhindert, daß die davon bedeckten Teile des Werkstücks durch die Laserstrahlung geätzt werden; und das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Flüssigkeit so ausgewählt wird, daß sie bei Zimmertemperatur im wesentlichen nichtreagierend auf die Materialien ist, die das Werkstück bilden, und bei erhöhten Temperaturen, die durch die Laserstrahlung erzeugt werden, um das Ätzen zu unterstützen, auf die Materialien, die das Werkstück bilden, mit Ausnahme des Materials reagierend ist, das die Maske umfaßt, und dadurch, das die Laserstrahlung einem Gebiet des Werkstücks zugeführt wird, das das Muster enthält und das in bezug auf die Abmessungen des Musters groß ist, so daß die Vertiefung geätzt wird, ohne daß der Strahl längs des Musters abtastet.

2. Verfahren, wie in Anspruch 1 angegeben, das weiterhin umfaßt:

A. bevor die Maske gebildet wird, über einem ersten Teil des Werkstücks eine Ätzstoppschicht aus Material zu bilden, das bei den Wellenlängen der Laserstrahlung reflektierend ist&sub1; wobei die Ätzstoppschicht wenigstens in den Gebieten des Werkstücks gebildet wird, die zu dem in der Maske zu bildenden Muster komplementär sind;

B. einen zweiten Teil des Werkstücks abzulagern, der eine Schicht aus zu ätzendem Material umfaßt; und

C. danach die Maske zu bilden und das Werkstück der Laserstrahlung auszusetzen, wobei der Laser die Teile des zu ätzenden Materials ätzt, die durch die Maske bloßgelegt sind, die Ätzstoppschicht dazu dient, die Laserstrahlung aufzuhalten, über die Ätzstoppschicht hinaus in den ersten Teil des Werkstücks einzudringen, um so die Tiefe der Vertiefung zu begrenzen.

3. Verfahren, wie in Anspruch 1 angegeben, das weiterhin den Verfahrensschritt umfaßt, die gemusterte Maske zu bilden, indem

A. über dem Werkstück eine Deckschicht aus Material gebildet wird, das bei den Wellenlängen der Laserstrahlung reflektierend ist; und

B. die reflektierende Deckschicht zu mustern, um eine Maske zum Bloßlegen der Teile des Werkstücks unter der reflektierenden Deckschicht zu bilden, in denen die Vertiefung zu bilden ist.