WO1997043693A1 - Method of producing a structured foil and use thereof - Google Patents

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WO1997043693A1
WO1997043693A1 PCT/AT1997/000095 AT9700095W WO9743693A1 WO 1997043693 A1 WO1997043693 A1 WO 1997043693A1 AT 9700095 W AT9700095 W AT 9700095W WO 9743693 A1 WO9743693 A1 WO 9743693A1
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WO
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layer
film
substrate
structured
thin
Prior art date
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PCT/AT1997/000095
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German (de)
French (fr)
Inventor
Ewald Cekan
Ernst Hammel
Artur Jachimowicz
Hans LÖSCHNER
Original Assignee
Ims-Ionen Mikrofabrikations Systeme Gmbh
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Filing date
Publication date
Application filed by Ims-Ionen Mikrofabrikations Systeme Gmbh filed Critical Ims-Ionen Mikrofabrikations Systeme Gmbh
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Classifications

    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F1/00Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/20Masks or mask blanks for imaging by charged particle beam [CPB] radiation, e.g. by electron beam; Preparation thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D1/00Electroforming
    • C25D1/08Perforated or foraminous objects, e.g. sieves

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a structured film, the structures of which are formed by a plurality of openings, and special uses of a structured film produced in this way
  • Films of the type mentioned are required in many fields of technology. The production of such films is particularly difficult when these films are to be produced over a large area with a small thickness, e.g. with a diameter greater than 5 cm and a thickness in the range from 0.25 to 50 ⁇ m, and moreover, an opening structure with extremely small dimensions in the ⁇ m or sub- ⁇ m range should have foils of this type, for example for ultrafine sieves, or as Masks for a variety of processes, e.g. used in lithographic applications, for ion implantation, for ion beam etching, vapor deposition, and as grating lenses or the like.
  • Known manufacturing methods generally involve the thinning of thick substrates, such as silicon wafers.
  • the opening structure of the film can be produced either before or after the substrate is thinly etched by means of a lithographic process.
  • first case film structure is created before thin etching
  • second case opening structure is produced after thinning
  • all the processing steps required for the structuring must be carried out on the thin film, so that it can easily be damaged or damaged.
  • a disadvantage of these known production processes is, inter alia, that both the protection the openings and the subsequent further treatment of a film or membrane are very complex and therefore expensive It is therefore an object of the present invention to provide a novel method for producing structured, thin foils which can be carried out simply and inexpensively and changes the mechanical tension properties as little as possible during manufacture.
  • a method which has the following essential steps: a) providing a flat, flat substrate with at least one thin layer on the top, the material of this thin layer being chemically different from that of the substrate, b) producing one A film-forming layer with a plurality of openings structured on the top of the structure consisting of the substrate and at least one thin layer, the material of the film layer being chemically different from that of an underlying thin separating layer, and c) detaching the structured film from the Substrate by removing the separating layer located between the film layer and the substrate.
  • both the thin etching of a substrate and the complex treatment of the substrate during the etching process or the aftertreatment of the film or the membrane are dispensed with, so that the production of structured films is considerably simplified, especially when these films are large and have fine opening structures exhibit.
  • the technological means which are required for the individual steps for executing the method are already known in part from semiconductor production, so that low development and investment costs are incurred in the implementation and implementation of the method.
  • the term thin layer is typically understood to mean layers in the ⁇ m and sub- ⁇ m range.
  • the film is provided with a stiffening frame at least in sections in the region of its edge before it is detached from the substrate, for example by gluing or bonding to a frame or by growing or depositing a layer of material along the edge To enable safe handling of the film after it has been removed. This is of great importance in practice, particularly in the case of thin and large-area films
  • step b) of producing the structured layer forming the film comprises two sub-steps, namely b) j structuring an uppermost thin layer by means of a lithographic
  • two alternative production variants have proven to be advantageous, namely a first variant in which the structures of the uppermost thin layer are formed by openings in this layer which correspond to the openings in the film to be produced, and a second variant in which the structures of the uppermost thin layer are formed by elevations which correspond to the openings of the film to be produced
  • the layer forming the film can advantageously be suspended by vapor deposition or sputtering on the structured, thin layer or the substrate, the vaporized or sputtered material particles being moved as perpendicularly as possible to the top of the thin layer or the substrate, so that the evaporated or sputtered film layer is interrupted at the edges of the openings of the structured, thin layer
  • the layer forming the film can advantageously be applied by electrodeposition of a material on the top of a structured, thin, conductive layer, the material of the elevations being electrically non-conductive
  • these interruptions are advantageously formed on an undercut of an underlying thin layer or the substrate.
  • the undercuts can be produced on the one hand by etching openings with essentially constant cross sections into the structured one thin layer down to an underlying thin layer or up to the top of the substrate and by subsequently selectively etching this underlying thin layer or the substrate through the openings of the structured, thin layer, but also by forming openings with at least one in the direction of the substrate sectionally increasing cross-sectional area in the structured, thin layer on the top of the substrate, for example by means of electron beam lithography or by means of optical lithography using the image reversal Technology
  • step b) of producing the structured layer forming the film comprises the following steps b) j applying the layer forming the film to the top of a structured thin layer, the structures of the thin layer being previously either
  • Elevations of this layer or an underlying layer or the substrate are formed and the applied film layer has essentially no interruptions, b) 2 removal of the section of the film layer located above the elevations in such a way that the film layer is interrupted in the region of the elevations and this Interruptions in the sequence form the edges of the openings in the film
  • the edges or the side walls of the openings are precisely defined by the elevations.
  • the presence of the elevations means that all known methods can also be used to produce the film layer, so that essentially the technically or economically most suitable layer manufacturing method is used for each film material and for each film thickness
  • the section of the film layer located above the elevations is removed by polishing this film layer
  • a silicon wafer for example a wafer, or a glass or quartz plate is used as the substrate
  • a polymer for example a polymer, for the separating layer on the top of the substrate a photoresist, and a conductive material, for example a metal, a semiconductor material or a conductive modification of the carbon is used for the structured film
  • the substrate provided with the at least one thin layer on the top can also be a prefabricated mask blank, for example a standard photo mask blank.
  • a prefabricated mask blank for example a standard photo mask blank.
  • the invention also relates to the use of a structured film produced by the method described above as a mask or a sieve, in particular as a stencil mask for lithography by means of electromagnetic radiation, such as UV or X-ray lithography, or by means of corpuscular rays, such as Electron or ion beam lithography, and also as a Fresnel lens for X-ray projection lithography is used.
  • a structured film thus produced can be used as a mask for ion implantation, for ion beam etching, as a vapor deposition mask or as a mask for the treatment of a substrate by means of directed atomic beams or Molecular rays can be used advantageously
  • FIGS. 1a, 1b, 1c, 1d, 1e are schematic cross sections which illustrate individual steps of the method in a specific embodiment in which the substrate is a Si wafer, the structured thin layer is a photoresist and the
  • Film layer is a vapor deposition layer
  • FIGS. 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f and 3g are schematic cross sections, which separate
  • 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f and 4g are schematic cross sections of a further embodiment of the method using a chrome photomask
  • 5a, 5b, 5c, 5d, 5e and 5f are schematic cross sections of a further embodiment of the method according to the invention, in which a multi-layer process is used using the example of a three-layer process for film production,
  • 6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f and 6g are schematic cross sections of a further embodiment of the method according to the invention, in which the film layer has elevations and the openings of the film layer are produced by subsequent polishing of these elevations, and
  • 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7e ', 7f, 7g and 7h are schematic cross sections of a further exemplary embodiment in which the film layer can be produced by electrodeposition.
  • 8a, 8a ', 8b, 8c, 8d, 8e, 8e', 8f and 8g are schematic cross sections of a further exemplary embodiment, in which the film layer is also by galvanic
  • Fig. 9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f and 9g are schematic cross sections of a
  • FIGS. 1 a to 1 a in which the essential steps of the method according to the invention are shown schematically using a first embodiment variant
  • An Si wafer 1 is used as the substrate, on the top of which a uniformly thin layer of a resist material 2 is applied, for example by spinning (FIG. 1 a).
  • a lithographic process the resist 2 is exposed to the structures of the later film, for example by means of optical lithography, electron or ion beam lithography, and the resist material removed by a developer using a positive resist in the exposed areas 3 (FIG. 1b) and a negative resist in the unexposed areas.
  • the required lithographic process is known to those skilled in the art known and is not explained in more detail here
  • the next step involves a typically dry etching (e.g.
  • the top of the resist layer 2 or the wafer 1 is sputtered or sputtered with a layer of a certain material to a certain thickness, for example with a metal such as aluminum, chromium, titanium, copper, nickel, molybdenum, silver, gold or one conductive modification of the carbon
  • a metal such as aluminum, chromium, titanium, copper, nickel, molybdenum, silver, gold or one conductive modification of the carbon
  • the vaporized or sputtered material is directed in a straight line at right angles to the top of the substrate, so that a uniformly thick layer grows on the top of the resist layer 2 and on the bottom of the depressions 4 of the substrate, which layer on the edges of the openings 3 the resist layer 2 is interrupted.
  • the film layer is provided with a reinforcement on its outer edge (not shown), for example by gluing or bonding a Pyrex, silicon or metal ring, in order to ensure better handling of the film after detachment from the substrate
  • a reinforcement on its outer edge (not shown)
  • a small diameter and a comparatively large thickness for example films with a diameter of less than 5 cm and a thickness of more than 5 ⁇ m
  • such a reinforcement is usually not required, since such films are usually sufficiently stable for handling
  • Material can be applied to the outer edge of the film, for example by chemical or galvanic deposition, as well as by vapor deposition or sputtering
  • the resist layer 2 is removed, for example dissolved in acetone, in order to be able to detach the film layer 5 from the substrate 1.
  • the film is usually already ready for use after detachment from the substrate (FIG. 1e), and can optionally also be further treated, for example surface-coated or doped.
  • FIGS. 2a to 2d in which a further possible embodiment variant of the method according to the invention is described.
  • a flat, flat substrate in the form of a silicon wafer 101 with a resist layer 102 on the top is also provided.
  • the thickness of this layer 102 is somewhat larger than the desired thickness of the film to be produced.
  • the resist layer 102 is a special resist, namely a positive resist, which has been changed by the so-called image-reversal technique or can be changed so that it acts as a negative resist.
  • Techniques of this type are known to the person skilled in the art and, inter alia, by S.A. MacDonald et. al. in Kodak Microelectronics Seminar, San Diego, 1982 under the title "The Production of a Negative Image in a Positive Photoresist” or by E. Alling and C. Stauffer in Proceedings SPIE, Vol. 539, Advances in Resist Technology and Processing II, Mar. 11-12, 1985 pl94 under the title "Image Reversal Process of Positive Resist”.
  • a major advantage of the image reversal technique is that the wall inclinations of the openings in the resist layer can be influenced in a targeted manner, so that, inter alia, conical openings 103 can also be produced, the cross section of which increases in the direction of the substrate (FIG. 2b).
  • This arrangement 101, 102, 103 of FIG. 2b is now vaporized or sputtered in the manner described above with reference to FIG. 1d, so that a uniformly thick layer 105 is deposited on the top of the layers 101, 102, which is on the edges of the openings 103 is interrupted
  • the part of this vapor-deposited or sputtered layer deposited over the resist layer 102 again forms the structured film layer 105, which is optionally provided with a reinforcing ring or frame in the subsequent steps and is detached from the substrate by dissolving or etching away the resist 102 ( Fig 2d)
  • the substrate 101 can be selectively etched away, there is possibly the possibility that the substrate can be reused for further film production by the method according to the invention
  • etching of recesses in the substrate can additionally be provided, in particular in order to be able to produce foils whose thickness should be substantially greater than that of the resist layer.
  • FIGS. 3a-3g and 4a-4g two embodiment variants of the method according to the invention are explained, in which essentially a conventional photomask is used as the starting point of the production method, which consists of a flat quartz plate 201, 301, on which one thin chrome layer 207, 307 is applied, which is already structured by means of a lithographic process in such a way that the structures of the film to be produced are transparent to visible or UV light (FIGS. 3a, 4a)
  • depressions 204 are etched into the quartz plate 201 in the first variant, for example by means of reactive ion etching (FIG. 3b), after which a separating layer 202 is applied to the top of this structure, which is applied to the openings of the chrome Layer 207 or the recesses 204 of the quartz plate 201 is interrupted.
  • a separating layer 202 can be, for example, an Nb vapor deposition layer, which is vapor-deposited or galvanically deposited at a right angle to the upper side of the structure (FIG.
  • the film layer 205 for example an Mo layer, is then applied to the Nb separating layer 202, this Mo layer 205 being produced in such a way that the film layer 205 on the edges of the depressions 204 or the openings of the chrome layer 207 and the like Nb separating layer 202 is interrupted, as a result of which the structures of the chrome layer 207 of the photomask are transferred as openings 206 to the Mo layer 205 during the production of the film layer 205 (FIG. 3d)
  • FIG. 3g shows the mask produced by the method according to the invention in its ready-to-use state
  • a layer of a photoresist 302 is applied to the top of the photomask 301, 307, for example by spinning on a 2-3 ⁇ m thick layer (FIG. 4b).
  • the photoresist 302 is removed from the bottom of the quartz substrate 301 is exposed through the structures of the Cr layer 307, for example by means of short-wave UV light, and developed (FIG. 4c), so that the structures of the photomask 301, 307 are transferred as openings 303 to the resist layer 302
  • the film layer is then applied to the resist layer 302, which will later be used as a separating layer, in such a way that interruptions of the film layer 305 in the form of openings 306 are formed at the edges of the openings 303 of the resist layer 302, for example by vertical vapor deposition or sputtering on of a metallic material or of carbon (Fig. 4d)
  • the structure 301, 307, 302, 305 is again attached to a mask frame 310, for example by bonding (FIG. 4e)
  • FIG. 4g shows the mask in its ready-to-use state again
  • a substrate 401 is provided with an uppermost cover layer 408, which is made of a resist material, an intermediate view 409, e.g. a titanium layer, and a base layer 402, which for example also consists of a resist material.
  • an intermediate view 409 e.g. a titanium layer
  • a base layer 402 which for example also consists of a resist material.
  • the opening structure of the film to be produced is lithographically imaged on the cover layer 408 and this structure is developed (FIG. 5b).
  • the intermediate layer 409 is etched through a suitable, as possible anisotropic etching process through the openings 403 of the cover layer 402, e.g. by a reactive ion etching process (Fig. 5c).
  • a suitable, as possible anisotropic etching process through the openings 403 of the cover layer 402, e.g. by a reactive ion etching process (Fig. 5c).
  • the cover layer 408 is removed and the base layer 402 is etched through the openings of the intermediate layer 409 up to the top of the substrate 401, this etching process not being completely anisotropic if possible. Due to the peculiarity of this etching process, the walls of the openings 403 in the base layer 402 are somewhat inclined with respect to the normal, so that an undercut is formed at the interface between the base layer 402 and the intermediate layer 409 (FIG. 5d).
  • barrel-shaped side walls instead of the inclined side walls, which also form a suitable undercut.
  • Such openings are produced using a so-called barrel technique, which is known to the person skilled in the art and is therefore not explained in more detail here.
  • barreling technique is that the intermediate layer has no overhanging sections at the edges of the openings and is therefore mechanically more stable.
  • the arrangement 401, 403, 402, 409 thus created is then vaporized or sputtered again with a suitable material, so that a film layer 405 forms on the upper side of the intermediate layer 409, the openings 406 of which are essentially identical to the openings of the intermediate view 409. If necessary, a reinforcement is again applied to the outer edge of the film layer in the manner described above.
  • the film is detached from the substrate by etching or dissolving the base layer 408 and / or the intermediate layer 409. However, if desired, only the base layer 408 is etched away and the intermediate layer 409 as a part of the film is detached from it together with the substrate 401, so that the intermediate layer is an integral part of the film after vapor deposition or sputtering
  • FIGS. 6a to 6g show a further embodiment for the method according to the invention, in which a silicon wafer substrate 501 is used. Elevations 511 are formed on the surface of the substrate 501 at those points at which the film to be produced should have openings (FIG. 6a), the cross-section of which decreases with increasing distance from the top of the substrate, for example conical or pyramid-shaped elevations.
  • a uniformly thick, uninterrupted layer 502 is applied over the top of the substrate 501 with the tapered elevations 51 1 Separating layer is used Due to the elevations 511, the separating layer 502 has similar elevations 512, which are automatically aligned with the elevations 51 1, but whose lateral dimensions are larger by a certain amount than that of the elevations 51 1 (FIG.
  • the film layer 505 is applied over the separating layer, which in this exemplary embodiment is preferably a metal layer (FIG. 6c).
  • the film layer 505 now also forms elevations 513, which are aligned with the elevations 51 1, but have a correspondingly larger lateral dimension
  • the surface of the film layer is polished to remove the bumps 513 until the film layer has breaks instead of the bumps 513 which form the openings 506 of the film to be produced.
  • the top of the film layer is polished until a single flat surface is formed, the film layer located between the elevations being only slightly removed (FIG. 6d)
  • the method just described with reference to FIGS. 6a to 6d has similarities to a method for producing so-called FED screens (field emitting displays), in which a silicon wafer is used as the substrate, the elevations made of a semiconducting or conductive material are produced, the separating layer is made of a dielectric material, for example SiO 2 or SiN, and the film layer is a metal layer
  • FIG. 6e the top of the structure 501, 502, 505 is attached to a frame 510 with the film layer 505, which facilitates the later handling of the mask film.
  • the film is again removed by removing the separating layer 502 from detached from the substrate 501 (FIG. 6f) If necessary, the elevations 511 can also be removed at the same time.
  • FIG. 6g shows the mask in its ready-to-use state
  • FIGS. 7a-7h uses a so-called three-layer technique as the starting point of the method, in which three layers are applied to the top of the substrate 601, namely a base layer 602 (for example 1.5 ⁇ m AZ1350J, FIG. 7a), one above thin, electrically conductive layer 609, for example made of titanium (FIG. 7b) and over it a resist layer 608 (FIG. 7c).
  • the resist layer 608 is structured in such a way that the layer is retained in the form of elevations 611 at those locations at which the openings of the film to be produced are provided.
  • a film layer 605 is now electrodeposited on the conductive layer 709, which, due to the non-conductive resist material, only separates between the elevations 61 1 and is therefore interrupted by the elevations 611 (FIG. 7e)
  • a mask frame 612 is attached, for example bonded (FIG. 7f), then the elevations 61 1 are removed by a suitable means, for example ashes in oxygen plasma, in order to expose the openings 606 of the film layer (FIG. 7g).
  • a suitable means for example ashes in oxygen plasma
  • the film layer 605 can be detached from the substrate by removing this intermediate layer, which in this case is the separating layer. If this is not the case, the intermediate layer 609 becomes through the openings 606 the film layer 605 is etched (for example with Ar plasma) in order to also produce corresponding openings in this layer (FIG. 7e), after which the film can be detached from the substrate by dissolving the base layer 602, which in this case forms the separating layer (FIG 7h)
  • a slower detachment process will be expected since the detachment the film layer can only take place over the lateral edges of the structure and not through the openings.
  • the film layer is mechanically more stable during the detaching process, so that damage to the structures is reliably avoided in this process
  • FIGS. 8a to 8g show a further exemplary embodiment in which the film layer is electrodeposited.
  • a substrate 701 with a first, unstructured base resist layer 702 is provided.
  • the resist can be, for example, a bare exposed, negative resist which is used in approx. 125 ° C, or e.g. an AZ1350J, which was also conditioned at approx. 125 ° C.
  • an intermediate layer 7021 for example “spin-on-glass”, which was cured at 120 ° C., is applied to the base resist 702 (FIG. 8a 1 ) further resist layer 708 applied, for example NOVA-2071 by spinning (FIG. 8b).
  • the layer 708 is structured in such a way that the remaining elevations 711 correspond to the holes in the film to be produced.
  • a thin, electrically conductive layer 709, 7091 eg Ti
  • a metal (eg Ni) layer 705 is grown (FIG. 8e)
  • Structured areas 710 can be reinforced by repeating the steps shown in FIGS. 8b, 8c, 8d (FIG. 8e ').
  • a reinforcement frame 712 FIG. 8f
  • the base resi st layer 702 and optionally the intermediate layer 7021 removed, so that a film with openings 706 is formed (FIG. 8g)
  • FIGS. 9a to 9g schematically show how the inventive method can be used to produce an opening provided with an opening which is provided on one side with a thin layer of a different material.
  • a resist 802 e.g. positive Resist NOVA-2041, Hoechst
  • the underlying substrate for example a Si wafer
  • an undercut e.g. by means of reactive ion etching
  • the depressions 8111 are formed.
  • Two chemically different layers 804, 805 are then deposited in succession (FIGS.
  • FIG. 9c, 9d which layers, for example, have a relatively thin Ti layer (804) and can be a thicker graphite layer (805) or a relatively thin SiÜ2 layer (804) and a thicker Si layer (805)
  • the entire arrangement can be connected to a reinforcing frame 812 (FIG. 9e).
  • the film shown in FIG. 9f now consists of the two layers 804 and 805.
  • FIG. 9f now consists of the two layers 804 and 805.
  • a DX-561 resist (Hoechst) with a thickness of approximately 1.5 ⁇ m is applied to an Si wafer with a diameter of 100 mm by spinning. This resist is structured using an electron beam recorder and subsequent development. Alternatively, a NOVA-2071 resist is applied with a thickness of 1.5 ⁇ m, and the structures are structured by means of optical lithography (laser writer or optical wafer stepper exposure).
  • the top side of the Si wafer exposed through the openings of the resist is etched with .CF4 / ⁇ 2 plasma for a time of about 25 minutes, so that depressions are formed which are shown schematically in FIG. 1c.
  • the depth of the recesses is approx. 2 ⁇ m and the lateral undercut is approx. 0.1 ⁇ m.
  • the structure thus created is coated in a vapor deposition chamber with Ag to a thickness of approximately 2 ⁇ m, this layer being interrupted at the edges of the openings in the resist, as is shown schematically in FIG. 1d.
  • the size of the openings in this film is approximately 0.5 to 10 ⁇ m, the opening density within the structured area of the mask being up to 45%.
  • a metal ring is glued to the edges of the mask layer for easier handling, e.g. using an epoxy resin.
  • the wafer with the mask layer and the reinforcement ring is immersed in acetone for a few minutes in order to dissolve the resist layer and thus be able to lift the finished mask off the substrate.
  • the use of the mask produced by means of the method according to the invention is not restricted to the uses mentioned. All conceivable uses of such a mask are encompassed within the scope of the present invention. Furthermore, the present invention is fundamentally not tied to specific film dimensions, such as length, width, diameter or thickness, or to specific opening structures. However, the method according to the invention can be implemented particularly advantageously in the areas mentioned at the beginning.

Abstract

The invention concerns a method of producing a structured foil whose structures are formed by a plurality of openings, the method comprising the following steps: (a) preparation of a flat laminar substrate with one or a plurality of thin layers on the top, the material of at least one of these thin layers differing chemically from that of the substrate; (b) production, on the top of the arrangement consisting of the substrate and at least one thin layer, of a layer which constitutes the foil or forms part thereof and is structured with a plurality of openings, the material of the foil layer differing chemically from that of at least one thin layer lying therebelow; and (c) separating the structured foil from the substrate by removing the layers between the foil layer and the substrate.

Description

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER STRUKTURIERTEN FOLIE UND VERWENDUNG DERSELBEN METHOD FOR PRODUCING A STRUCTURED FILM AND USE THEREOF
1 Gebiet der Erfindung1 Field of the Invention
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer strukturierten Folie, deren Strukturen durch eine Mehrzahl von Öffnungen gebildet werden, sowie besondere Verwendungen einer so hergestellten strukturierten FolieThe present invention relates to a method for producing a structured film, the structures of which are formed by a plurality of openings, and special uses of a structured film produced in this way
2 Stand der Technik"2 State of the art "
Folien der genannten Art werden in vielen Gebieten der Technik benötigt Die Herstellung solcher Folien ist insbesondere dann schwierig, wenn diese Folien großflächig bei einer geringen Dicke hergestellt werden sollen, z.B. mit einem Durchmesser großer als 5cm und einer Dicke im Bereich von 0,25 bis 50μm, und überdies eine Öffhungs- Struktur mit äußerst kleinen Abmessungen im μm- oder sub-μm-Bereich besitzen sollen Folien dieser Art werden beispielsweise für ultrafeine Siebe, oder als Masken für eine Vielzahl von Prozessen, z.B. bei lithographischen Anwendungen, zur Ionenimplantation, zum Ionenstrahlätzen, Aufdampfen, sowie als Gitterlinsen od. dgl verwendet.Films of the type mentioned are required in many fields of technology. The production of such films is particularly difficult when these films are to be produced over a large area with a small thickness, e.g. with a diameter greater than 5 cm and a thickness in the range from 0.25 to 50 μm, and moreover, an opening structure with extremely small dimensions in the μm or sub-μm range should have foils of this type, for example for ultrafine sieves, or as Masks for a variety of processes, e.g. used in lithographic applications, for ion implantation, for ion beam etching, vapor deposition, and as grating lenses or the like.
Bekannte Herstellungsverfahren umfassen im allgemeinen das Dunnatzen von dicken Substraten, z.B von Silizium-Wafern. Die Öffnungsstruktur der Folie kann entweder vor oder nach dem Dünnätzen des Substrates mittels eines lithographischen Verfahrens erzeugt werden. Im ersten Fall (Folienstruktur wird vor dem Dunnatzen erzeugt) ist es erforderlich, die Öfϊhungsstruktur während des Dunnätzens vor einem Ätzangriff zu schützen, z.B durch Auffüllen mit einem bestimmten Material, welches danach restlos wieder entfernt werden muß. Im zweiten Fall (Offhungsstruktur wird nach dem Dunnatzen erzeugt) müssen alle für die Strukturierung erforderlichen Bearbeitungsschritte auf der dünnen Folie durchgeführt werden, sodaß diese leicht beeinträchtigt oder beschädigt werden kann Ein Nachteil dieser bekannten Herstellungs¬ verfahren liegt somit unter anderem darin, daß sowohl das Schützen der Öffnungen als auch die spatere Weiterbehandlung einer Folie oder Membran sehr aufwendig und daher teuer sind Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neuartiges Verfahren zur Herstellung von strukturierten, dünnen Folien zu schaffen, welches einfach und kostengünstig ausgeführt werden kann und die mechanischen Spannungseigenschaften während der Herstellung möglichst wenig verändert. Insbesondere sollten dabei bereits bekannte und leicht beherrschbare Herstellungstechnologien eingesetzt werden können, z.B. Technologien, die zur Halbleiterfertigung entwickelt wurden.Known manufacturing methods generally involve the thinning of thick substrates, such as silicon wafers. The opening structure of the film can be produced either before or after the substrate is thinly etched by means of a lithographic process. In the first case (film structure is created before thin etching), it is necessary to protect the opening structure from an etching attack during thin etching, for example by filling it with a certain material, which must then be removed again completely. In the second case (opening structure is produced after thinning), all the processing steps required for the structuring must be carried out on the thin film, so that it can easily be damaged or damaged. A disadvantage of these known production processes is, inter alia, that both the protection the openings and the subsequent further treatment of a film or membrane are very complex and therefore expensive It is therefore an object of the present invention to provide a novel method for producing structured, thin foils which can be carried out simply and inexpensively and changes the mechanical tension properties as little as possible during manufacture. In particular, it should be possible to use already known and easily controllable production technologies, for example technologies which have been developed for semiconductor production.
3. Zusammenfassung der Erfindung:3. Summary of the Invention:
Diese Aufgaben werden mit einem Verfahren gelöst, welches die folgenden wesentlichen Schritte aufweist: a) Bereitstellen eines ebenen flächigen Substrates mit zumindest einer dünnen Schicht an der Oberseite, wobei das Material dieser dünnen Schicht chemisch von jenem des Substrates unterschiedlich ist, b) Herstellen einer die Folie bildenden, mit einer Mehrzahl von Öffnungen strukturierten Schicht an der Oberseite der aus dem Substrat und zumindest einer dünnen Schicht bestehenden Struktur, wobei sich das Material der Folienschicht chemisch von jenem einer darunter liegenden dünnen Trennschicht unterscheidet, und c) Ablösen der strukturierten Folie von dem Substrat durch Entfernen der zwischen der Folienschicht und dem Substrat befindlichen Trennschicht.These objects are achieved with a method which has the following essential steps: a) providing a flat, flat substrate with at least one thin layer on the top, the material of this thin layer being chemically different from that of the substrate, b) producing one A film-forming layer with a plurality of openings structured on the top of the structure consisting of the substrate and at least one thin layer, the material of the film layer being chemically different from that of an underlying thin separating layer, and c) detaching the structured film from the Substrate by removing the separating layer located between the film layer and the substrate.
Mit diesem Verfahren entfallt sowohl das Dünnätzen eines Substrates als auch die aufwendige Behandlung des Substrates während des Ätzvorganges bzw. die Nachbehandlung der Folie oder der Membran, sodaß die Herstellung von strukturierten Folien erheblich vereinfacht ist, insbesondere dann, wenn diese Folien großflächig sind und feine Öffnungsstrukturen aufweisen. Die technologischen Mittel, welche für die einzelnen Schritte zur Ausführung des Verfahrens erforderlich sind, sind zum Teil bereits aus der Halbleiterfertigung bekannt, sodaß bei der Umsetzung und Ausfuhrung des Verfahrens geringe Entwicklungs- bzw. Investitionskosten anfallen. Unter dem Begriff dünne Schicht werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung typischerweise Schichten im μm- und im sub-μm-Bereich verstanden.With this method, both the thin etching of a substrate and the complex treatment of the substrate during the etching process or the aftertreatment of the film or the membrane are dispensed with, so that the production of structured films is considerably simplified, especially when these films are large and have fine opening structures exhibit. The technological means which are required for the individual steps for executing the method are already known in part from semiconductor production, so that low development and investment costs are incurred in the implementation and implementation of the method. In the context of the present invention, the term thin layer is typically understood to mean layers in the μm and sub-μm range.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Folie vor dem Ablösen von dem Substrat im Bereich ihrer Berandung zumindest abschnittsweise mit einem Versteifüngsrahmen versehen, z.B. durch Kleben oder Bonden an einen Rahmen oder durch Aufwachsen oder Abscheiden einer Materialschicht entlang der Berandung, um eine sichere Handhabung der Folie nach dem Ablosen zu ermöglichen Dies ist besonders bei dünnen und großflächigen Folien in der Praxis von großer BedeutungIn a preferred embodiment of the method, the film is provided with a stiffening frame at least in sections in the region of its edge before it is detached from the substrate, for example by gluing or bonding to a frame or by growing or depositing a layer of material along the edge To enable safe handling of the film after it has been removed. This is of great importance in practice, particularly in the case of thin and large-area films
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens umfaßt der Schritt b) des Herstellens der die Folie bildenden strukturierten Schicht zwei Teilschritte, namlich b)j Strukturieren einer obersten dünnen Schicht mittels eines lithographischenIn a particularly advantageous embodiment of the method, step b) of producing the structured layer forming the film comprises two sub-steps, namely b) j structuring an uppermost thin layer by means of a lithographic
Verfahrens, b)2 Aufbringen der die Folie bildenden Schicht auf die Oberseite der strukturierten dünnen Schicht bzw des Substrates, wobei diese Folienschicht in einer Weise hergestellt wird, daß sie an den Berandungen der Strukturen der obersten dünnenMethod, b) 2 application of the layer forming the film to the top of the structured thin layer or the substrate, this film layer being produced in such a way that it is thin on the edges of the structures of the uppermost
Schicht unterbrochen ist und diese Strukturen in der Folge die Berandungen der Öffnungen der Folie bilden Diese Abfolge von Teilschritten ermöglicht eine besonders spannungsfreie Folienhersteilung, da die Öffnungen automatisch während des Aufbringens der Folienschicht gebildet werden und nicht erst nachtraglich Überdies wird bei dieser Ausführungsform des Herstellungsverfahrens ein Atzen der Folienschicht in vorteilhafter Weise ganzlich vermiedenLayer is interrupted and these structures subsequently form the edges of the openings of the film.This sequence of sub-steps enables a particularly stress-free film production, since the openings are formed automatically during the application of the film layer and not only afterwards. In addition, in this embodiment of the production process, etching becomes necessary completely avoided the film layer in an advantageous manner
Bei dieser Ausführungsform haben sich zwei alternative Herstellungsvarianten als vorteilhaft erwiesen, namlich eine erste Variante, bei welcher die Strukturen der obersten dünnen Schicht durch Öffnungen dieser Schicht gebildet werden, welche den Öffnungen der herzustellenden Folie entsprechen, und eine zweite Variante, bei welcher die Strukturen der obersten dünnen Schicht durch Erhebungen gebildet werden, welche den Öffnungen der herzustellenden Folie entsprechenIn this embodiment, two alternative production variants have proven to be advantageous, namely a first variant in which the structures of the uppermost thin layer are formed by openings in this layer which correspond to the openings in the film to be produced, and a second variant in which the structures of the uppermost thin layer are formed by elevations which correspond to the openings of the film to be produced
Bei der erstgenannten Variante kann das Aufbnngen der die Folie bildenden Schicht in vorteilhafter Weise durch Bedampfen oder Besputtern der strukturierten, dünnen Schicht bzw des Substrates erfolgen, wobei die verdampften bzw gesputterten Materialteilchen möglichst senkrecht zu der Oberseite der dünnen Schicht bzw des Substrates hin bewegt werden, sodaß die aufgedampfte oder aufgesputterte Folienschicht an den Berandungen der Öffnungen der strukturierten, dünnen Schicht unterbrochen istIn the case of the first-mentioned variant, the layer forming the film can advantageously be suspended by vapor deposition or sputtering on the structured, thin layer or the substrate, the vaporized or sputtered material particles being moved as perpendicularly as possible to the top of the thin layer or the substrate, so that the evaporated or sputtered film layer is interrupted at the edges of the openings of the structured, thin layer
Bei der zweitgenannten Variante kann das Aufbringen der die Folie bildenden Schicht in vorteilhafter Weise durch galvanisches Abscheiden eines Materials an der Oberseite einer strukturierten, dünnen, leitfahigen Schicht erfolgen, wobei das Material der Erhebungen elektrisch nicht leitend ist Um eine sichere und scharfkantige Unterbrechung der bedampften oder besputterten Folienschicht zu erreichen, werden diese Unterbrechungen in vorteilhafter Weise an einer Hinterschneidung einer darunter liegenden dünnen Schicht oder des Substrates gebildet Die Herstellung von Hinterschneidungen kann einerseits durch Atzen von Öffnungen mit im wesentlichen gleichbleibenden Querschnitten in die strukturierte dünne Schicht bis zu einer darunter liegenden dünnen Schicht oder bis zur Oberseite des Substrates und durch nachfolgendes selektives Atzen dieser darunter liegenden dünnen Schicht oder des Substrates durch die Öffnungen der strukturierten, dünnen Schicht, andererseits aber auch durch Ausbilden von Öffnungen mit einer in Richtung Substrat zumindest abschnittsweise zunehmenden Querschnittsflache in der strukturierten, dünnen Schicht an der Oberseite des Substrates, z B mittels Elektronenstrahllithographie oder mittels optischer Lithographie unter Verwendung der Image-Reversal-Technik erfolgenIn the case of the second variant mentioned, the layer forming the film can advantageously be applied by electrodeposition of a material on the top of a structured, thin, conductive layer, the material of the elevations being electrically non-conductive In order to achieve a safe and sharp-edged interruption of the vapor-coated or sputtered film layer, these interruptions are advantageously formed on an undercut of an underlying thin layer or the substrate.The undercuts can be produced on the one hand by etching openings with essentially constant cross sections into the structured one thin layer down to an underlying thin layer or up to the top of the substrate and by subsequently selectively etching this underlying thin layer or the substrate through the openings of the structured, thin layer, but also by forming openings with at least one in the direction of the substrate sectionally increasing cross-sectional area in the structured, thin layer on the top of the substrate, for example by means of electron beam lithography or by means of optical lithography using the image reversal Technology
Bei einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform des Herstellungsverfahrens umfaßt der Schritt b) des Herstellens der die Folie bildenden strukturierten Schicht die folgenden Schritte b)j Aufbringen der die Folie bildenden Schicht auf die Oberseite einer strukturierten dünnen Schicht, wobei die Strukturen der dünnen Schicht zuvor entweder durchIn a further advantageous embodiment of the production method, step b) of producing the structured layer forming the film comprises the following steps b) j applying the layer forming the film to the top of a structured thin layer, the structures of the thin layer being previously either
Erhebungen dieser Schicht oder einer darunter liegenden Schicht bzw des Substrates gebildet werden und die aufgebrachte Folienschicht im wesentlichen keine Unterbrechungen aufweist, b)2 Abtragen des oberhalb der Erhebungen befindlichen Abschnittes der Folienschicht in einer Weise, daß die Folienschicht im Bereich der Erhebungen unterbrochen wird und diese Unterbrechungen in der Folge die Berandungen der Öffnungen der Folie bildenElevations of this layer or an underlying layer or the substrate are formed and the applied film layer has essentially no interruptions, b) 2 removal of the section of the film layer located above the elevations in such a way that the film layer is interrupted in the region of the elevations and this Interruptions in the sequence form the edges of the openings in the film
Hierbei werden die Berandungen bzw die Seitenwande der Öffnungen exakt durch die Erhebungen festgelegt Durch das Vorhandensein der Erhebungen können weiters zur Herstellung der Folienschicht alle bekannten Verfahren eingesetzt werden, sodaß für jedes Folienmaterial und für jede Foliendicke im wesentlichen das technisch oder wirtschaftlich am besten geeignete Schichthersteliungsverfahren eingesetzt werden kann Bei einer besonders einfachen und kostengünstigen Variante zur Realisierung dieser Ausführungsform wird der über den Erhebungen befindliche Abschnitt der Folienschicht durch Polieren dieser Folienschicht abgetragenHere, the edges or the side walls of the openings are precisely defined by the elevations. The presence of the elevations means that all known methods can also be used to produce the film layer, so that essentially the technically or economically most suitable layer manufacturing method is used for each film material and for each film thickness In a particularly simple and inexpensive variant for realizing this embodiment, the section of the film layer located above the elevations is removed by polishing this film layer
Bei einer technologisch einfachen und mit bekannten Mitteln realisierbaren Ausfuhrungsform wird als Substrat eine Siliziumscheibe, z B ein Wafer, oder eine Glas¬ bzw Quarzplatte, für die Trennschicht an der Oberseite des Substrates ein Polymer, z B ein Photoresist, und für die strukturierte Folie ein leitendes Material, z B ein Metall-, ein Halbleitermateπal oder eine leitende Modifikation des Kohlenstoffs verwendetIn a technologically simple embodiment which can be implemented using known means, a silicon wafer, for example a wafer, or a glass or quartz plate is used as the substrate, and a polymer, for example a polymer, for the separating layer on the top of the substrate a photoresist, and a conductive material, for example a metal, a semiconductor material or a conductive modification of the carbon is used for the structured film
Bei einer bestimmten Ausführungsform kann das bereitgestellte Substrat mit der zumindest einen dünnen Schicht an der Oberseite auch ein vorgefertigtes Maskenblank, z B ein Standard-Photomaskenblank sein Damit wird der Ausgangspunkt des Herstellungsverfahrens durch ein bereits im einschlagigen Handel erhältliches Produkt geschaffen, wodurch eine besonders kostengünstige Ausführungsform des Verfahrens ermöglicht wirdIn a specific embodiment, the substrate provided with the at least one thin layer on the top can also be a prefabricated mask blank, for example a standard photo mask blank. The starting point of the manufacturing process is thus created by a product that is already available in the trade, which makes a particularly cost-effective embodiment of the procedure is made possible
Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung einer nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellten strukturierten Folie als eine Maske oder ein Sieb, insbesondere als eine Stencil-Maske für Lithographie mittels elektromagnetischer Strahlung, wie z B UV- oder Rontgenstrahllithographie, oder mittels Korpuskularstrahlen, wie z B Elektronen- oder lonenstrahllithographie, sowie als eine Fresnel-Linse für Rontgen- Projektionslithographie verwendet wird Weiters kann eine so hergestellte strukturierte Folie als eine Maske für Ionenimplantation, für Ionenstrahlatzen, als eine Aufdampffnaske oder als eine Maske für die Behandlung eines Substrates mittels gerichteter atomarer Strahlen oder Molekulstrahlen vorteilhaft verwendet werdenThe invention also relates to the use of a structured film produced by the method described above as a mask or a sieve, in particular as a stencil mask for lithography by means of electromagnetic radiation, such as UV or X-ray lithography, or by means of corpuscular rays, such as Electron or ion beam lithography, and also as a Fresnel lens for X-ray projection lithography is used. Furthermore, a structured film thus produced can be used as a mask for ion implantation, for ion beam etching, as a vapor deposition mask or as a mask for the treatment of a substrate by means of directed atomic beams or Molecular rays can be used advantageously
4 Kurze Beschreibung der Figuren4 Brief description of the figures
Im folgenden werden nicht einschränkende Ausführungsbeispiele für die Durchführung des erfindungsgemaßen Verfahrens am Beispiel der Herstellung einer Stencil-Maske im Detail beschrieben, wobei auf die beiliegenden, stark schematisch ausgeführten Figuren Bezug genommen wird, die folgendes zeigenIn the following, non-restrictive exemplary embodiments for carrying out the method according to the invention are described in detail using the example of the production of a stencil mask, reference being made to the attached, highly schematically illustrated figures, which show the following
Fig la, lb, lc, ld, le schematische Querschnitte, welche einzelne Schritte des Verfahrens bei einer bestimmten Ausführungsform veranschaulichen, bei welcher das Substrat ein Si-Wafer, die strukturierte dünne Schicht ein Photoresist und dieFIGS. 1a, 1b, 1c, 1d, 1e are schematic cross sections which illustrate individual steps of the method in a specific embodiment in which the substrate is a Si wafer, the structured thin layer is a photoresist and the
Folienschicht eine Aufdampfschicht ist,Film layer is a vapor deposition layer,
Fig 2a, 2b, 2c und 2d schematische Querschnitte, welche einzelne Schntte des Verfahrens bei einer anderen Ausfuhrungsform veranschaulichen, bei welcher eine Image-Reversal Technik angewendet wird, Fig 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f und 3g schematische Querschnitte, welche einzelne2a, 2b, 2c and 2d are schematic cross sections, which illustrate individual sections of the method in another embodiment in which an image reversal technique is used, FIGS. 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f and 3g are schematic cross sections, which separate
Schatte des Verfahrens bei einer Ausfuhrungsform veranschaulichen, bei welcher als Ausgangspunkt eine Chrom-Photomaske verwendet wird, Fig 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f und 4g schematische Querschnitte einer weiteren Ausfuhrungsform des Verfahrens unter Verwendung einer Chrom-Photomaske,To illustrate the shadow of the method in an embodiment in which a chromium photomask is used as the starting point, 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f and 4g are schematic cross sections of a further embodiment of the method using a chrome photomask,
Fig 5a, 5b, 5c, 5d, 5e und 5f schematische Querschnitte einer weiteren Ausfuhrungsform des erfindungsgemaßen Verfahrens, bei welcher am Beispiel eines Drei-Lagenverfahrens zur Folienherstellung ein Mehrlagenverfartren angewendet wird,5a, 5b, 5c, 5d, 5e and 5f are schematic cross sections of a further embodiment of the method according to the invention, in which a multi-layer process is used using the example of a three-layer process for film production,
Fig 6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f u 6g schematische Querschnitte einer weiteren Ausfuhrungsform des erfindungsgemaßen Verfahrens, bei welcher die Folienschicht Erhebungen aufweist und die Öffnungen der Folienschicht durch nachfolgendes Polieren dieser Erhebungen hergestellt werden, und6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f and 6g are schematic cross sections of a further embodiment of the method according to the invention, in which the film layer has elevations and the openings of the film layer are produced by subsequent polishing of these elevations, and
Fig 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7e', 7f , 7g und 7h schematische Querschnitte eines weiteren Ausführungsbeispiels, bei welchem die Folienschicht durch galvanisches Abscheiden erzeugt werden kann.7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7e ', 7f, 7g and 7h are schematic cross sections of a further exemplary embodiment in which the film layer can be produced by electrodeposition.
Fig 8a, 8a', 8b, 8c, 8d, 8e, 8e', 8f und 8g schematische Querschnitte eines weiteren Ausführungsbeispiels, bei welchem die Folienschicht ebenfalls durch galvanisches8a, 8a ', 8b, 8c, 8d, 8e, 8e', 8f and 8g are schematic cross sections of a further exemplary embodiment, in which the film layer is also by galvanic
Abscheiden erzeugt wird, und Fig 9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f und 9g schematische Querschnitte einesDeposition is generated, and Fig. 9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f and 9g are schematic cross sections of a
Ausführungsbeispiels ähnlich den Figuren la bis le, bei welchem jedoch die abgelöste, strukturierte Folie aus zwei verschieden dicken Schichten unterschiedlicher Materialien besteht.Embodiment similar to Figures la to le, but in which the detached, structured film consists of two different thickness layers of different materials.
5 Ausführliche Beschreibung der Erfindung5 Detailed description of the invention
Vorerst wird auf die Figuren la bis le Bezug genommen, in welchen die wesentlichen Schritte des erfindungsgemaßen Verfahrens anhand einer ersten Ausführungsvariante schematisch dargestellt sindFor the time being, reference is made to FIGS. 1 a to 1 a, in which the essential steps of the method according to the invention are shown schematically using a first embodiment variant
Als Substrat wird ein Si-Wafer 1 verwendet, an dessen Oberseite eine gleichmäßig dünne Schicht eines Resistmaterials 2 aufgebracht ist, z B durch Aufspinnen (Fig la) In einem lithographischen Prozeß wird der Resist 2 mit den Strukturen der spateren Folie belichtet, z B mittels optischer Lithographie, Elektronen- oder lonenstrahllithographie, und das Resistmaterial durch einen Entwickler, bei Verwendung eines positiven Resist an den belichteten Stellen 3 (Fig 1 b) und bei einem negativen Resist an den unbelichteten Stellen entfernt Der erforderliche lithographische Prozeß ist dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt und wird an dieser Stelle nicht naher erläutert Der nächste Schritt umfaßt ein typischerweise trockenes Ätzen (z.B. reaktives Ionenatzen) des Substrates durch die Öffnungen 3 des Resist 2, wobei sich in dem Wafer 1 Eintiefungen 4 bilden, deren seitliche Ausdehnungen je nach Selektivität und Isotropie des Atzvorganges etwas größer als die Breite der Öffnungen 3 des Resist 2 sind, sodaß an der Grenzflache zwischen dem Wafer 1 und dem Resist 2 eine Hinterschneidung gebildet wird (Fig. lc). Im nachfolgenden Schritt wird die Oberseite der Resistschicht 2 bzw des Wafers 1 mit einer Schicht eines bestimmten Materials bis zu einer bestimmten Dicke bedampft oder besputtert, z.B. mit einem Metall wie Aluminium, Chrom, Titan, Kupfer, Nickel, Molybdän, Silber, Gold oder einer leitenden Modifikation des Kohlenstoffs Das verdampfte oder zersputterte Material ist geradlinig im rechten Winkel zur Oberseite des Substrates gerichtet, sodaß an der Oberseite der Resistschicht 2 und an dem Boden der Eintiefungen 4 des Substrates je eine gleichmäßig dicke Schicht aufwachst, die an den Berandungen der Öffnungen 3 der Resistschicht 2 unterbrochen ist.An Si wafer 1 is used as the substrate, on the top of which a uniformly thin layer of a resist material 2 is applied, for example by spinning (FIG. 1 a). In a lithographic process, the resist 2 is exposed to the structures of the later film, for example by means of optical lithography, electron or ion beam lithography, and the resist material removed by a developer using a positive resist in the exposed areas 3 (FIG. 1b) and a negative resist in the unexposed areas. The required lithographic process is known to those skilled in the art known and is not explained in more detail here The next step involves a typically dry etching (e.g. reactive ion etching) of the substrate through the openings 3 of the resist 2, recesses 4 being formed in the wafer 1, the lateral dimensions of which, depending on the selectivity and isotropy of the etching process, are somewhat larger than the width of the openings 3 of the resist 2, so that an undercut is formed at the interface between the wafer 1 and the resist 2 (FIG. 1 c). In the subsequent step, the top of the resist layer 2 or the wafer 1 is sputtered or sputtered with a layer of a certain material to a certain thickness, for example with a metal such as aluminum, chromium, titanium, copper, nickel, molybdenum, silver, gold or one conductive modification of the carbon The vaporized or sputtered material is directed in a straight line at right angles to the top of the substrate, so that a uniformly thick layer grows on the top of the resist layer 2 and on the bottom of the depressions 4 of the substrate, which layer on the edges of the openings 3 the resist layer 2 is interrupted.
An dieser Stelle ist anzumerken, daß die Bildung einer Hinterschneidung zur Ausführung der Erfindung nicht unbedingt erforderlich ist, da eine Stufe mit entsprechender Höhe zur Unterbrechung der Folienschicht bereits ausreichend ist. Weiters hat sich in der Praxis gezeigt, daß die beim Aufdampfen oder Aufsputtem gebildeten Öffnungen der Folienschicht etwas zueinander verjüngte Seitenwände aufweisen, sodaß sich die Querschnittsflache dieser Öffnungen mit steigender Foliendicke etwas verringert Dadurch tritt an der Berandung der Öffnungen der Folienschicht während des Aufdampfens ein gewisser Abschattungseffekt ein, welcher das Material der Folienschicht von dem auf dem Substrat abgeschiedenen Material trennt Durch diesen Abschattungseffekt ist es im Rahmen des vorliegenden Verfahrens in vorteilhafter Weise auch möglich, Folien herzustellen, deren Dicke größer als die Höhe der Öffnungen im Substrat istAt this point, it should be noted that the formation of an undercut is not absolutely necessary to carry out the invention, since a step with a corresponding height is already sufficient to interrupt the film layer. Furthermore, it has been shown in practice that the openings of the film layer formed during vapor deposition or sputtering have somewhat tapered side walls, so that the cross-sectional area of these openings decreases somewhat with increasing film thickness. This results in a certain shading effect on the edges of the openings in the film layer during vapor deposition which separates the material of the film layer from the material deposited on the substrate. This shading effect also makes it possible in an advantageous manner within the scope of the present method to produce films whose thickness is greater than the height of the openings in the substrate
Im nachfolgenden Schritt wird die Folienschicht an ihrer (nicht dargestellten) äußeren Berandung mit einer Verstärkung versehen, z.B. durch Ankleben oder Bonden eines Pyrex-, Silizium- oder Metallringes, um eine bessere Handhabung der Folie nach dem Ablosen von dem Substrat zu gewährleisten Bei Folien mit einem geringen Durchmesser und vergleichsweise großer Dicke, z.B. Folien mit einem Durchmesser kleiner als 5cm und einer Dicke größer als 5 μm, wird eine solche Verstärkung üblicherweise nicht benotigt, da solche Folien für eine Handhabung üblicherweise ausreichend stabil sind Eine Verstärkung kann gegebenenfalls auch durch Abscheiden von Material an der äußeren Berandung der Folie aufgebracht werden, z B durch chemisches oder galvanisches Abscheiden, sowie durch Aufdampfen oder Aufsputtem Im nächsten Schritt des Verfahrens wird die Resistschicht 2 entfernt, z.B. in Azeton aufgelöst, um die Folienschicht 5 von dem Substrat 1 ablösen zu können. Die Folie ist nach dem Ablösen von dem Substrat üblicherweise bereits einsatzbereit (Fig. le), kann gegebenenfalls auch weiterbehandelt, z.B. oberflächenbeschichtet oder dotiert werden.In the subsequent step, the film layer is provided with a reinforcement on its outer edge (not shown), for example by gluing or bonding a Pyrex, silicon or metal ring, in order to ensure better handling of the film after detachment from the substrate With a small diameter and a comparatively large thickness, for example films with a diameter of less than 5 cm and a thickness of more than 5 μm, such a reinforcement is usually not required, since such films are usually sufficiently stable for handling Material can be applied to the outer edge of the film, for example by chemical or galvanic deposition, as well as by vapor deposition or sputtering In the next step of the method, the resist layer 2 is removed, for example dissolved in acetone, in order to be able to detach the film layer 5 from the substrate 1. The film is usually already ready for use after detachment from the substrate (FIG. 1e), and can optionally also be further treated, for example surface-coated or doped.
Im folgenden wird auf die Figuren 2a bis 2d Bezug genommen, in welchen eine weitere mögliche Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben ist. Bei dieser Ausführungsvariante des Verfahrens wird ebenso ein ebenes flächiges Substrat in Form eines Silizium- Wafers 101 mit einer Resistschicht 102 an der Oberseite bereitgestellt. Die Dicke dieser Schicht 102 ist etwas größer als die gewünschte Dicke der herzustellenden Folie.In the following, reference is made to FIGS. 2a to 2d, in which a further possible embodiment variant of the method according to the invention is described. In this embodiment variant of the method, a flat, flat substrate in the form of a silicon wafer 101 with a resist layer 102 on the top is also provided. The thickness of this layer 102 is somewhat larger than the desired thickness of the film to be produced.
Bei der Resistschicht 102 handelt es sich jedoch um einen besonderen Resist, nämlich einen positiven Resist, der durch die sogenannte Image-Reversal Technik so verändert wurde oder so verändert werden kann, daß er als ein negativer Resist wirkt. Techniken dieser Art sind dem Fachmann bekannt und unter anderem durch S.A. MacDonald et. al. in Kodak Microelectronics Seminar, San Diego, 1982 unter dem Titel "The Production of a Negative Image in a Positive Photoresist" bzw. durch E. Alling und C. Stauffer in Proceedings SPIE, Vol. 539, Advances in Resist Technology and Processing II, Mar. 11- 12, 1985 pl94 unter dem Titel "Image Reversal Process of Positive Resist" beschrieben worden.However, the resist layer 102 is a special resist, namely a positive resist, which has been changed by the so-called image-reversal technique or can be changed so that it acts as a negative resist. Techniques of this type are known to the person skilled in the art and, inter alia, by S.A. MacDonald et. al. in Kodak Microelectronics Seminar, San Diego, 1982 under the title "The Production of a Negative Image in a Positive Photoresist" or by E. Alling and C. Stauffer in Proceedings SPIE, Vol. 539, Advances in Resist Technology and Processing II, Mar. 11-12, 1985 pl94 under the title "Image Reversal Process of Positive Resist".
Ein wesentlicher Vorteil der Image-Reversal Technik liegt darin, daß die Wandneigungen der Öffnungen in der Resistschicht gezielt beeinflußt werden können, sodaß sich unter anderem auch konische Öffnungen 103 herstellen lassen, deren Querschnitt sich in Richtung Substrat vergrößert (Fig. 2b).A major advantage of the image reversal technique is that the wall inclinations of the openings in the resist layer can be influenced in a targeted manner, so that, inter alia, conical openings 103 can also be produced, the cross section of which increases in the direction of the substrate (FIG. 2b).
An dieser Stelle ist anzumerken, daß ein dem Image-Reversal Effekt vergleichbarer Effekt durch einen Elektronenstrahlschreiber erzielt werden kann, wenn die Resistschicht eine bestimmte Dicke aufweist, da die Elektronen bei einem Eindringen in die Resistschicht mit zunehmender Dicke stärker seitlich gestreut werden. Üblicherweise werden Resistschichten für Elektronenstrahl-Lithographie daher besonders dünn ausgebildet, um eine solche seitliche Streuung, den sogenannten Proximity-Effekt zu vermeiden. Die für eine Belichtung eines entsprechend dickeren Resist relevante Einhüllende der Elektronenbahnenden bildet eine im wesentlichen tropfenförmige Fläche, sodaß die seitliche Ausbreitung dieser Belichtung mit zunehmender Tiefe vorerst ansteigt. Ähnlich wie bei der Image-Reversal Technik werden nach dem Entwickeln des Resist somit Öffnungen mit zumindest abschnittsweise geneigt ausgebildeten Seitenwänden entstehenAt this point it should be noted that an effect comparable to the image reversal effect can be achieved by an electron beam recorder if the resist layer has a certain thickness, since the electrons are scattered more laterally with increasing thickness when penetrating into the resist layer. Resist layers for electron beam lithography are therefore usually made particularly thin in order to avoid such lateral scattering, the so-called proximity effect. The envelope of the electron path ends relevant for exposure of a correspondingly thicker resist forms an essentially drop-shaped surface, so that the lateral spread of this exposure initially increases with increasing depth. Similar to the image reversal technique, after developing the resist thus openings with at least partially inclined side walls are formed
Diese Anordnung 101, 102, 103 von Fig 2b wird nun in der oben mit Bezug auf die Figur ld beschriebenen Weise bedampft oder besputtert, sodaß sich an der Oberseite der Schichten 101, 102 eine gleichmäßig dicke Schicht 105 ablagert, die an den Berandungen der Öffnungen 103 unterbrochen ist Der über der Resistschicht 102 abgelagerte Teil dieser bedampften oder besputterten Schicht bildet nun wieder die strukturierte Folienschicht 105, welche in den nachfolgenden Schritten gegebenenfalls mit einem Verstarkungsring oder -rahmen versehen und von dem Substrat durch Auflosen oder Wegatzen des Resist 102 abgelost wird (Fig 2d)This arrangement 101, 102, 103 of FIG. 2b is now vaporized or sputtered in the manner described above with reference to FIG. 1d, so that a uniformly thick layer 105 is deposited on the top of the layers 101, 102, which is on the edges of the openings 103 is interrupted The part of this vapor-deposited or sputtered layer deposited over the resist layer 102 again forms the structured film layer 105, which is optionally provided with a reinforcing ring or frame in the subsequent steps and is detached from the substrate by dissolving or etching away the resist 102 ( Fig 2d)
Falls der an der Oberseite des Substrates 101 verbleibende Anteil der bedampften oder besputterten Schicht 105 selektiv weggeatzt werden kann, besteht gegebenenfalls die Möglichkeit, daß das Substrat für eine weitere Folienherstellung nach dem erfindungsgemaßen Verfahren wiederverwendet werden kannIf the portion of the vapor-deposited or sputtered layer 105 remaining on the upper side of the substrate 101 can be selectively etched away, there is possibly the possibility that the substrate can be reused for further film production by the method according to the invention
Bei einer Variante dieses Verfahrens kann ebenso wie bei dem in den Figuren la-le dargestellten Ausführungsbeispiel zusätzlich ein Ätzen von Eintiefüngen in das Substrat vorgesehen sein, insbesondere um Folien herstellen zu können, deren Dicke wesentlich größer als jene der Resistschicht sein soll.In a variant of this method, as in the exemplary embodiment shown in FIGS. 1 a-1, etching of recesses in the substrate can additionally be provided, in particular in order to be able to produce foils whose thickness should be substantially greater than that of the resist layer.
Mit Bezug auf die Ausführungsbeispiele gemäß der Figuren 3a - 3g und 4a - 4g werden zwei Ausführungsvarianten des erfindungsgemaßen Verfahrens erläutert, bei welchen als Ausgangspunkt des Herstellungsverfahrens im wesentlichen eine konventionelle Photomaske verwendet wird, welche aus einer ebenen Quarzplatte 201, 301 besteht, auf welcher eine dünne Chrom-Schicht 207, 307 aufgetragen ist, die bereits mittels eines lithographischen Verfahrens in der Weise strukturiert ist, daß die Strukturen der herzustellenden Folie für sichtbares oder UV-Licht durchlassig sind (Fig 3a, 4a)With reference to the exemplary embodiments according to FIGS. 3a-3g and 4a-4g, two embodiment variants of the method according to the invention are explained, in which essentially a conventional photomask is used as the starting point of the production method, which consists of a flat quartz plate 201, 301, on which one thin chrome layer 207, 307 is applied, which is already structured by means of a lithographic process in such a way that the structures of the film to be produced are transparent to visible or UV light (FIGS. 3a, 4a)
Durch die Maskierung der Chrom-Schicht 207 werden bei der ersten Variante in die Quarzplatte 201 Eintiefüngen 204 geatzt, z B mittels reaktivem Ionenatzen (Fig 3b), wonach auf die Oberseite dieser Struktur eine Trennschicht 202 aufgebracht wird, welche an den Öffnungen der Chrom-Schicht 207 bzw den Eintiefüngen 204 der Quarzplatte 201 unterbrochen ist Eine solche Trennschicht 202 kann beispielsweise eine Nb- Aufdampfschicht sein, die in einem rechen Winkel zur Oberseite der Struktur aufgedampft oder galvanisch abgeschieden wird (Fig 3c) Auf der Nb-Trennschicht 202 wird sodann die Folienschicht 205, z B eine Mo-Schicht aufgebracht, wobei diese Mo-Schicht 205 so hergestellt wird, daß die Folienschicht 205 an den Berandungen der Eintiefüngen 204 bzw der Öffnungen der Chrom-Schicht 207 und der Nb-Trennschicht 202 unterbrochen ist, wodurch wahrend der Herstellung der Folienschicht 205 die Strukturen der Chrom Schicht 207 der Photomaske als Offnungen 206 auf die Mo-Schicht 205 übertragen werden (Fig 3d)By masking the chrome layer 207, depressions 204 are etched into the quartz plate 201 in the first variant, for example by means of reactive ion etching (FIG. 3b), after which a separating layer 202 is applied to the top of this structure, which is applied to the openings of the chrome Layer 207 or the recesses 204 of the quartz plate 201 is interrupted. Such a separating layer 202 can be, for example, an Nb vapor deposition layer, which is vapor-deposited or galvanically deposited at a right angle to the upper side of the structure (FIG. 3c) The film layer 205, for example an Mo layer, is then applied to the Nb separating layer 202, this Mo layer 205 being produced in such a way that the film layer 205 on the edges of the depressions 204 or the openings of the chrome layer 207 and the like Nb separating layer 202 is interrupted, as a result of which the structures of the chrome layer 207 of the photomask are transferred as openings 206 to the Mo layer 205 during the production of the film layer 205 (FIG. 3d)
Im nachfolgenden Arbeitsschritt (Fig 3e) wird die geschaffene Struktur mit der Folienschicht 205 an einen geeigneten Maskenrahmen 210 befestigt, z B durch Bonden, wonach die Nb-Trennschicht durch einen selektiven Atzprozeß entfernt werden kann, um die Folie 205 von der Photomaske 201, 207 zu trennen (Fig 3f) Die Figur 3g zeigt die mittels des erfindungsgemaßen Verfahrens erzeugte Maske in ihrem einsatzbereiten ZustandIn the subsequent work step (FIG. 3e), the created structure is attached with the film layer 205 to a suitable mask frame 210, for example by bonding, after which the Nb separating layer can be removed by a selective etching process in order to remove the film 205 from the photo mask 201, 207 to separate (FIG. 3f) FIG. 3g shows the mask produced by the method according to the invention in its ready-to-use state
Bei der zweiten, in den Figuren 4a bis 4g dargestellten Variante wird auf die Oberseite der Photomaske 301, 307 eine Schicht eines Photoresist 302 aufgebracht, z B durch Aufspinnen einer 2-3 μm dicken Schicht (Fig 4b) Der Photoresist 302 wird von der Unterseite des Quarz-Substrates 301 durch die Strukturen der Cr-Schicht 307 belichtet, z.B mittels kurzwelligem UV-Licht und entwickelt (Fig 4c), sodaß die Strukturen der Photomaske 301, 307 als Öffnungen 303 auf die Resistschicht 302 übertragen werdenIn the second variant, shown in FIGS. 4a to 4g, a layer of a photoresist 302 is applied to the top of the photomask 301, 307, for example by spinning on a 2-3 μm thick layer (FIG. 4b). The photoresist 302 is removed from the bottom of the quartz substrate 301 is exposed through the structures of the Cr layer 307, for example by means of short-wave UV light, and developed (FIG. 4c), so that the structures of the photomask 301, 307 are transferred as openings 303 to the resist layer 302
Auf die Resistschicht 302, welche spater als Trennschicht benutzt wird, wird nun die Folienschicht so aufgebracht, daß an den Berandungen der Öffnungen 303 der Resistschicht 302 Unterbrechungen der Folienschicht 305 in Form von Öffnungen 306 gebildet werden, z.B durch senkrechtes Aufdampfen oder Aufsputtem eines metalüschen Materials oder von Kohlenstoff (Fig 4d)The film layer is then applied to the resist layer 302, which will later be used as a separating layer, in such a way that interruptions of the film layer 305 in the form of openings 306 are formed at the edges of the openings 303 of the resist layer 302, for example by vertical vapor deposition or sputtering on of a metallic material or of carbon (Fig. 4d)
In diesem Zustand wird die Struktur 301, 307, 302, 305 wieder an einem Maskenrahmen 310 befestigt, z B durch Bonden (Fig 4e)In this state, the structure 301, 307, 302, 305 is again attached to a mask frame 310, for example by bonding (FIG. 4e)
Das Loslosen der strukturierten Folie (bzw der Maske) von der Photomaske 301, 307 erfolgt abschließend durch Auflosen der Resistschicht 302 in einem geeigneten Losungsmittel, wie z.B Azeton (Fig 4e) Figur 4g zeigt wieder die Maske in ihrem einsatzbereiten ZustandThe structured film (or the mask) is then detached from the photomask 301, 307 by dissolving the resist layer 302 in a suitable solvent, such as acetone (FIG. 4e). FIG. 4g shows the mask in its ready-to-use state again
Wie bereits den Figuren 3a-3g bzw 4a-4g zu entnehmen ist, kann es im Rahmen der vorliegenden Erfindung ratsam oder erforderlich sein, zwischen der Folienschicht und dem Substrat mehrere Schichten übereinander anzuordnen, z B eine zusatzliche kontrastverstärkende Resist-Schicht (CEL Contrast Enhancement Layer), um besonders scharfkantige Berandungen der Öffnungen zu erhalten.As can already be seen from FIGS. 3a-3g and 4a-4g, it may be advisable or necessary in the context of the present invention to arrange a plurality of layers, for example an additional layer, between the film layer and the substrate contrast-enhancing resist layer (CEL Contrast Enhancement Layer) in order to obtain particularly sharp-edged edges of the openings.
Als ein weiteres Beispiel für ein Mehrlagenverfahren wird mit Bezug auf die Figuren 5a bis 5f ein Drei-Lagenverfahren im Detail beschrieben. Bereitgestellt wird bei einer Ausfuhrungsform dieser Art ein Substrat 401 mit einer obersten Deckschicht 408, die aus einem Resistmaterial hergestellt ist, einer Zwischensicht 409, z.B. eine Titanschicht, und einer Basisschicht 402, die beispielsweise ebenso aus einem Resistmaterial besteht. In einem ersten Schritt wird an der Deckschicht 408 lithographisch die Öffhungsstruktur der herzustellenden Folie abgebildet und diese Struktur entwickelt (Fig. 5b).As a further example of a multi-layer process, a three-layer process is described in detail with reference to FIGS. 5a to 5f. In an embodiment of this type, a substrate 401 is provided with an uppermost cover layer 408, which is made of a resist material, an intermediate view 409, e.g. a titanium layer, and a base layer 402, which for example also consists of a resist material. In a first step, the opening structure of the film to be produced is lithographically imaged on the cover layer 408 and this structure is developed (FIG. 5b).
In der Folge wird die Zwischenschicht 409 durch einen geeigneten, möglichst anisotropen Ätzvorgang durch die Öffnungen 403 der Deckschicht 402 geätzt, z.B. durch ein reaktives Ionenätzverfahren (Fig. 5c). Nach diesem Schritt wird die Deckschicht 408 entfernt und die Basisschicht 402 durch die Öffnungen der Zwischenschicht 409 bis zur Oberseite des Substrates 401 geätzt, wobei dieser Ätzvorgang nach Möglichkeit nicht völlig anisotrop verläuft. Durch die Besonderheit dieses Ätzvorganges sind die Wände der Öffnungen 403 in der Basisschicht 402 bezüglich der Normalen etwas geneigt, sodaß an der Grenzfläche zwischen der Basisschicht 402 und der Zwischenschicht 409 eine Hinterschneidung gebildet wird (Fig. 5d).Subsequently, the intermediate layer 409 is etched through a suitable, as possible anisotropic etching process through the openings 403 of the cover layer 402, e.g. by a reactive ion etching process (Fig. 5c). After this step, the cover layer 408 is removed and the base layer 402 is etched through the openings of the intermediate layer 409 up to the top of the substrate 401, this etching process not being completely anisotropic if possible. Due to the peculiarity of this etching process, the walls of the openings 403 in the base layer 402 are somewhat inclined with respect to the normal, so that an undercut is formed at the interface between the base layer 402 and the intermediate layer 409 (FIG. 5d).
An dieser Stelle ist zu erwähnen, daß es vielfach wünschenswert ist, anstelle der geneigten Seitenwände tonnenformige Seitenwände auszubilden, die ebenso eine geeignete Hinterschneidung bilden. Solche Öffnungen werden mit einer sogenannten Barreling-Technik hergestellt, die dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt ist und deshalb hier nicht näher erläutert wird. Ein Vorteil der Barreling-Technik liegt unter anderem darin, daß die Zwischenschicht an der Berandung der Öffnungen keine überhängenden Abschnitte aufweist und somit mechanisch stabiler ist.At this point it should be mentioned that it is often desirable to form barrel-shaped side walls instead of the inclined side walls, which also form a suitable undercut. Such openings are produced using a so-called barrel technique, which is known to the person skilled in the art and is therefore not explained in more detail here. One advantage of the barreling technique is that the intermediate layer has no overhanging sections at the edges of the openings and is therefore mechanically more stable.
Die so geschaffene Anordnung 401, 403, 402, 409 wird nun wieder mit einem geeigneten Material bedampft oder besputtert, sodaß sich an der Oberseite der Zwischenschicht 409 eine Folienschicht 405 ausbildet, deren Öffnungen 406 mit den Öffnungen der Zwischensicht 409 im wesentlichen identisch sind. Gegebenenfalls wird an der äußeren Berandung der Folienschicht wieder eine Verstärkung in der oben beschriebenen Weise angebracht.The arrangement 401, 403, 402, 409 thus created is then vaporized or sputtered again with a suitable material, so that a film layer 405 forms on the upper side of the intermediate layer 409, the openings 406 of which are essentially identical to the openings of the intermediate view 409. If necessary, a reinforcement is again applied to the outer edge of the film layer in the manner described above.
Das Ablösen der Folie von dem Substrat erfolgt durch Ätzen oder Auflösen der Basisschicht 408 und/oder der Zwischenschicht 409. Gewünschtenfalls kann jedoch nur die Basisschicht 408 weggeatzt werden und die Zwischenschicht 409 als ein Teil der Folie zusammen mit dieser von dem Substrat 401 abgelost werden, sodaß die Zwischenschicht nach dem Bedampfen oder Besputtern ein integraler Teil Folie istThe film is detached from the substrate by etching or dissolving the base layer 408 and / or the intermediate layer 409. However, if desired, only the base layer 408 is etched away and the intermediate layer 409 as a part of the film is detached from it together with the substrate 401, so that the intermediate layer is an integral part of the film after vapor deposition or sputtering
In dem vorgenannten Fall wäre es weiters möglich, für die Zwischenschicht dasselbe Material wie für die herzustellende Folie auszuwählen, sodaß die Zwischenschicht von der Folienschicht nicht mehr unterscheidbar ist Falls die Dicke der Zwischenschicht überdies bereits der gewünschten Dicke der herzustellenden Folie entspricht, kann auf em späteres Bedampfen oder Besputtern dieser Zwischenschicht überhaupt verzichtet werden Bei dieser Herstellungsvariante konnten somit auch andere, isotrope Schicht - erzeugungstechniken eingesetzt werden, z B LPCVD bzw chemische- oder elektrochemische Verfahren Das Herstellen von Offnungen in der Basisschicht ist bei dieser besonderen Variante ebenso nicht erforderlich, da das nachfolgende Bedampfen oder Besputtern ganzlich entfalltIn the aforementioned case, it would also be possible to select the same material for the intermediate layer as for the film to be produced, so that the intermediate layer can no longer be distinguished from the film layer. If the thickness of the intermediate layer also already corresponds to the desired thickness of the film to be produced, it can be said later Evaporation or sputtering of this intermediate layer can be dispensed with at all. With this production variant, other isotropic layer production techniques could also be used, e.g. LPCVD or chemical or electrochemical processes. The production of openings in the base layer is also not necessary with this particular variant, since that subsequent vapor deposition or sputtering is completely eliminated
Die bisher mit Bezug auf die Figuren beschriebenen Verfahren sind in einigen Schritten mit einer in der Halbleiterherstellung bekannten Technik vergleichbar, welche als Lift- Off-Patterning oder Lift-Off-Metallization bezeichnet wird Es ist daher verstandlich, daß im Rahmen der vorliegenden Erfindung alle für dieses bekannte Lift-Off Verfahren verwendeten Schritte und Materialien angewendet werden können Unter anderem wird ein Verfahren dieser Art beispielsweise in US 4,204,009 (Feng et al ) oder in US 4,218,532 (Dunkelberger) ausführlich beschrieben Ebenso findet sich eine ausführliche Beschreibung des Lift-Off Verfahrens in L J Fried et al in IBM J Res Devel 26, May 82 P 362 mit dem Titel "A VLSI Bipolar Metallization Design with 3- Level Wiring and Array Solder ConnectionsThe methods described so far with reference to the figures are comparable in some steps to a technique known in semiconductor production, which is referred to as lift-off patterning or lift-off metallization. It is therefore understandable that in the context of the present invention, all of them This known lift-off method used steps and materials can be used. Among other things, a method of this type is described in detail, for example, in US 4,204,009 (Feng et al) or in US 4,218,532 (Dunkelberger). A detailed description of the lift-off method can also be found in LJ Fried et al in IBM J Res Devel 26, May 82 P 362 entitled "A VLSI Bipolar Metallization Design with 3-Level Wiring and Array Solder Connections
In den Figuren 6a bis 6g ist eine weitere Ausfuhrungsform für das erfindungsgemäße Verfahren dargestellt, bei welcher ein Silizium- Wafer-Substrat 501 Verwendung findet An der Oberflache des Substrates 501 werden an jenen Stellen, an welchen die herzustellende Folie Öffnungen aufweisen sollte, Erhebungen 511 ausgebildet (Fig 6a), deren Querschnitt sich bei steigender Entfernung von der Substrat-Oberseite verringert, z B kegelförmige oder pyramidenfbrπiige Erhebungen Über die Oberseite des Substrates 501 mit den verjungten Erhebungen 51 1 wird eine gleichmaßig dicke, nicht unterbrochene Schicht 502 aufgebracht, welche spater als Trennschicht verwendet wird Durch die Erhebungen 511 weist die Trennschicht 502 gleichartige Erhebungen 512 auf, die automatisch an den Erhebungen 51 1 ausgerichtet, deren laterale Abmessungen jedoch um einen bestimmten Betrag großer als jene der Erhebungen 51 1 sind (Fig 6) Im nachfolgenden Verfahrensschritt wird über der Trennschicht die Folienschicht 505 aufgebracht, die bei diesem Ausführungsbeispiel vorzugsweise eine Metallschicht ist (Fig 6c) Die Folienschicht 505 bildet nun ebenso Erhebungen 513, die an den Erhebungen 51 1 ausgerichtet sind, jedoch eine entsprechend größere laterale Abmessung aufweisen Zur Herstellung der gewünschten Öffnungen in der Folienschicht 505 wird die Oberfläche der Folienschicht poliert, um die Erhebungen 513 abzutragen, bis die Folienschicht an Stelle der Erhebungen 513 Unterbrechungen aufweist, welche die Offnungen 506 der herzustellenden Folie bilden. Üblicherweise wird die Oberseite der Folienschicht solange poliert, bis sich eine einzige plane Oberflache ausbildet, wobei die zwischen den Erhebungen befindliche Folienschicht nur geringfügig abgetragen wird (Fig 6d)FIGS. 6a to 6g show a further embodiment for the method according to the invention, in which a silicon wafer substrate 501 is used. Elevations 511 are formed on the surface of the substrate 501 at those points at which the film to be produced should have openings (FIG. 6a), the cross-section of which decreases with increasing distance from the top of the substrate, for example conical or pyramid-shaped elevations. A uniformly thick, uninterrupted layer 502 is applied over the top of the substrate 501 with the tapered elevations 51 1 Separating layer is used Due to the elevations 511, the separating layer 502 has similar elevations 512, which are automatically aligned with the elevations 51 1, but whose lateral dimensions are larger by a certain amount than that of the elevations 51 1 (FIG. 6) In the subsequent process step, the film layer 505 is applied over the separating layer, which in this exemplary embodiment is preferably a metal layer (FIG. 6c). The film layer 505 now also forms elevations 513, which are aligned with the elevations 51 1, but have a correspondingly larger lateral dimension Making the desired openings in the film layer 505, the surface of the film layer is polished to remove the bumps 513 until the film layer has breaks instead of the bumps 513 which form the openings 506 of the film to be produced. Usually, the top of the film layer is polished until a single flat surface is formed, the film layer located between the elevations being only slightly removed (FIG. 6d)
Das soeben mit Bezug auf die Figuren 6a bis 6d beschriebene Verfahren weist Ähnlichkeiten mit einem Verfahren zur Herstellung von sogenannten FED-Bildschirmen (Field Emitting Displays) auf, bei welchen als Substrat ein Silizium-Wafer verwendet wird, die Erhebungen aus einem halbleitenden oder leitenden Material gefertigt werden, die Trennschicht aus einem dielektrischen Material, z B Siθ2 oder SiN hergestellt wird und die Folienschicht eine Metallschicht istThe method just described with reference to FIGS. 6a to 6d has similarities to a method for producing so-called FED screens (field emitting displays), in which a silicon wafer is used as the substrate, the elevations made of a semiconducting or conductive material are produced, the separating layer is made of a dielectric material, for example SiO 2 or SiN, and the film layer is a metal layer
Zu Herstellung einer Maske wird, wie in Figur 6e zu sehen ist, die Oberseite der Struktur 501, 502, 505 mit der Folienschicht 505 an einem Rahmen 510 befestigt, welcher die spatere Handhabung der Maskenfolie erleichtert Die Folie wird wieder durch Entfernen der Trennschicht 502 von dem Substrat 501 abgelost (Fig. 6f) Gegebenenfalls können zugleich auch die Erhebungen 511 entfernt werden. Figur 6g zeigt die Maske in ihrem einsatzbereiten ZustandTo produce a mask, as can be seen in FIG. 6e, the top of the structure 501, 502, 505 is attached to a frame 510 with the film layer 505, which facilitates the later handling of the mask film. The film is again removed by removing the separating layer 502 from detached from the substrate 501 (FIG. 6f) If necessary, the elevations 511 can also be removed at the same time. FIG. 6g shows the mask in its ready-to-use state
Das in den Figuren 7a - 7h beschriebene Ausführungsbeispiel benutzt als Ausgangspunkt des Verfahrens eine sogenannten Drei-Lagentechnik, bei welcher an der Oberseite des Substrates 601 drei Schichten aufgebracht sind, namlich eine Basisschicht 602 (z.B l,5μm AZ1350J, Fig 7a), darüber eine dünne, elektrisch leitende Schicht 609, z.B. aus Titan (Fig 7b) und darüber eine Resistschicht 608 (Fig 7c) Die Resistschicht 608 wird in der Weise strukturiert, daß die Schicht an jenen Stellen in Form von Erhebungen 611 erhalten bleibt, an welchen die Öffnungen der herzustellenden Folie vorgesehen sind. Dies kann beispielsweise durch Belichten eines negativen Resist mit der Struktur der Folie oder durch Belichten eines positiven Reist mit der negativen Struktur der Folie und nachfolgendem Entwickeln des Resist vorgenommen werden, oder durch Belichten eines positiven Resist mit der Struktur und nachfolgender Image-Reversal-Entwicklung (Fig 7d) Auf die Oberseite dieser Anordnung 601, 602, 609, 611 wird nun auf der leitenden Schicht 709 galvanisch eine Folienschicht 605 abgeschieden, welche sich aufgrund des nichtleitenden Resistmaterials nur zwischen den Erhebungen 61 1 abscheidet und somit durch die Erhebungen 611 unterbrochen ist (Fig 7e) Für gewisse Anwendungszwecke kann es wünschenswert sein, die Folienschicht in den wenig strukturierten Bereichen zu verstarken, in welchem Fall die in den Figuren 7c bis 7f gezeigten Schritte nochmals ausgeführt werden (Fig. 7e) Nach Fertigstellung der Folienschicht 605, welche gegebenenfalls in den Bereichen 610 verstärkt ist, wird ein Maskenrahmen 612 befestigt, z B gebondet (Fig 7f) Sodann werden die Erhebungen 61 1 durch ein geeignetes Mittel entfernt, z B in Sauerstoff-Plasma verascht, um die Öffnungen 606 der Folienschicht freizulegen (Fig 7g) Ein Vorteil dieser Ausführungsvariante liegt unter anderem darin, daß die Neigung und Beschaffenheit der Seitenwande der Öffnungen durch Auswahl und entsprechende Behandlung eines geeigneten Resist genau vorgegeben werden kann Weiters entstehen bei der galvanischen Abscheidung in vorteilhafter Weise keine erhöhten Temperaturen, sodaß die Folienschicht bei ihrer Herstellung zu keinem Zeitpunkt thermischen Spannungen ausgesetzt werden mußThe exemplary embodiment described in FIGS. 7a-7h uses a so-called three-layer technique as the starting point of the method, in which three layers are applied to the top of the substrate 601, namely a base layer 602 (for example 1.5 μm AZ1350J, FIG. 7a), one above thin, electrically conductive layer 609, for example made of titanium (FIG. 7b) and over it a resist layer 608 (FIG. 7c). The resist layer 608 is structured in such a way that the layer is retained in the form of elevations 611 at those locations at which the openings of the film to be produced are provided. This can be done, for example, by exposing a negative resist to the structure of the film or by exposing a positive resist to the negative structure of the film and subsequently developing the resist, or by exposing a positive resist to the structure and subsequent image reversal development ( Fig 7d) On top of this arrangement 601, 602, 609, 611, a film layer 605 is now electrodeposited on the conductive layer 709, which, due to the non-conductive resist material, only separates between the elevations 61 1 and is therefore interrupted by the elevations 611 (FIG. 7e) For certain applications, it may be desirable to reinforce the film layer in the less structured areas, in which case the steps shown in FIGS. 7c to 7f are carried out again (FIG. 7e) after completion of the film layer 605, which may be in the areas 610 is reinforced, a mask frame 612 is attached, for example bonded (FIG. 7f), then the elevations 61 1 are removed by a suitable means, for example ashes in oxygen plasma, in order to expose the openings 606 of the film layer (FIG. 7g). An advantage of this Design variant is, inter alia, that the inclination and nature of the side walls of the openings dur ch selection and appropriate treatment of a suitable resist can be precisely specified. Furthermore, no elevated temperatures advantageously occur during the electrodeposition, so that the film layer does not have to be exposed to thermal stresses at any time during its production
Falls die Zwischenschicht 609 selektiv von der galvanisch abgeschiedenen Schicht lösbar ist, kann die Folienschicht 605 von dem Substrat durch Entfernen dieser Zwischenschicht, die in diesem Fall die Trennschicht ist, abgelöst werden Wenn dies nicht der Fall ist, wird die Zwischensicht 609 durch die Öffnungen 606 der Folienschicht 605 geätzt (z.B mit Ar-Plasma), um auch in dieser Schicht entsprechende Öffnungen herzustellen (Fig 7e), wonach die Folie durch Auflosen der Basisschicht 602, welche in diesem Fall die Trennschicht bildet, von dem Substrat abgelost werden kann (Fig 7h)If the intermediate layer 609 is selectively detachable from the electrodeposited layer, the film layer 605 can be detached from the substrate by removing this intermediate layer, which in this case is the separating layer. If this is not the case, the intermediate layer 609 becomes through the openings 606 the film layer 605 is etched (for example with Ar plasma) in order to also produce corresponding openings in this layer (FIG. 7e), after which the film can be detached from the substrate by dissolving the base layer 602, which in this case forms the separating layer (FIG 7h)
Gegebenenfalls ist es auch möglich, bei einer alternativen Teilvariante die Folienschicht 605 zusammen mit der unstrukturierten Zwischenschicht 609 zuerst von dem Substrat abzulösen und danach die Zwischenschicht 609 durch die Öffnungen 606 der Folienschicht 605 zu ätzen Dabei wird ein langsamerer Ablöseprozeß zu erwarten sein, da das Ablosen der Folienschicht nur über die seitliche Berandung der Struktur und nicht durch die Öffnungen erfolgen kann Demgegenüber ist die Folienschicht beim Abloseprozeß mechanisch stabiler, sodaß eine Beschädigung der Strukturen bei diesem Prozeß in zuverlässiger Weise vermieden wirdIf necessary, it is also possible, in an alternative partial variant, first to detach the film layer 605 together with the unstructured intermediate layer 609 from the substrate and then to etch the intermediate layer 609 through the openings 606 in the film layer 605. A slower detachment process will be expected since the detachment the film layer can only take place over the lateral edges of the structure and not through the openings. In contrast, the film layer is mechanically more stable during the detaching process, so that damage to the structures is reliably avoided in this process
Die Figuren 8a bis 8g zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Folienschicht galvanisch abgeschieden wird Zunächst (Fig 8a) wird ein Substrat 701 mit einer ersten, unstrukturierten Basisresist-Schicht 702 bereitgestellt Der Resist kann beispielsweise em blank belichteter, negativer Resist sein, der bei ca 125°C konditioniert wurde, oder z B ein AZ1350J, welcher ebenfalls bei ca 125°C konditioniert wurde In ersterem Fall wird auf den Basisresist 702 eine Zwischenschicht 7021, beispielsweise "Spin-on-Glas", welches bei 120°C ausgeheilt wurde, aufgebracht (Fig 8a1) Danach wird eine weitere Resistschicht 708 aufgebracht, z B NOVA-2071 durch Aufspinnen (Fig 8b) Gemäß Fig 8c wird die Schicht 708 so strukturiert, daß die bestehen bleibenden Erhebungen 711 den Lochern der herzustellenden Folie entsprechen Auf die so erhaltene Anordnung wird gemäß Fig 8d eine dünne, elektrisch leitende Schicht 709, 7091 (z B Ti) aufgebracht, und sodann durch Ankontaktieren der Schicht 709 in den Bereichen zwischen den Erhebungen galvanisch eine Metall- (z B Ni-)Schicht 705 aufgewachsen (Fig 8e) Diese Schicht kann gegebenenfalls in den wenig strukturierten Bereichen 710 durch Wiederholen der in den Figuren 8b, 8c, 8d gezeigten Schritte verstärkt werden (Fig 8e') Nach dem Anbringen eines Verstarkungsrahmens 712 (Fig 8f) wird die Basisresist- Schicht 702 und gegebenenfalls die Zwischenschicht 7021 entfernt, sodaß eine Folie mit Öffnungen 706 entsteht (Fig 8g)FIGS. 8a to 8g show a further exemplary embodiment in which the film layer is electrodeposited. First (FIG. 8a), a substrate 701 with a first, unstructured base resist layer 702 is provided. The resist can be, for example, a bare exposed, negative resist which is used in approx. 125 ° C, or e.g. an AZ1350J, which was also conditioned at approx. 125 ° C. In the first case, an intermediate layer 7021, for example “spin-on-glass”, which was cured at 120 ° C., is applied to the base resist 702 (FIG. 8a 1 ) further resist layer 708 applied, for example NOVA-2071 by spinning (FIG. 8b). According to FIG. 8c, the layer 708 is structured in such a way that the remaining elevations 711 correspond to the holes in the film to be produced. According to FIG. 8d, a thin, electrically conductive layer 709, 7091 (eg Ti), and then by contacting the layer 709 in the areas between the elevations, a metal (eg Ni) layer 705 is grown (FIG. 8e) Structured areas 710 can be reinforced by repeating the steps shown in FIGS. 8b, 8c, 8d (FIG. 8e '). After attaching a reinforcement frame 712 (FIG. 8f), the base resi st layer 702 and optionally the intermediate layer 7021 removed, so that a film with openings 706 is formed (FIG. 8g)
In den Figuren 9a bis 9g wird schematisch gezeigt, wie mit dem erfindungsgemaßen Verfahren eine mit Öffnungen versehene Foüe hergestellt werden kann, welche an einer Seite mit einer dünnen Schicht eines unterschiedlichen Materials ausgestattet ist Gemäß Fig 9a wird ein mit einem Resist 802 (z B positiver Resist NOVA-2041, Fa Hoechst) versehenes Substrat 801 bereitgestellt und der Resist 802 mittels eines lithographischen Verfahrens strukturiert, sodaß die Öffnungen 811 den spateren Öffnungen der Folie entsprechen Durch diese Öffnungen wird das darunterliegende Substrat (z.B ein Si- Wafer) mit Hinterschneidung geätzt (z B. mittels reaktivem Ionenatzen), und es entstehen die Vertiefungen 8111 (Fig 9b) Es werden dann hintereinander (Fig 9c, 9d) zwei chemisch unterschiedliche Schichten 804, 805 abgelagert, welche z B eine relativ dünne Ti-Schicht (804) und eine dickere Graphit-Schicht (805) bzw eine relativ dünne SiÜ2- Schicht (804) und eine dickere Si-Schicht (805) sein können Vor dem Entfernen der Resistschicht 802 (Fig 9f) kann die ganze Anordnung mit einem Verstarkungsrahmen 812 verbunden werden (Fig 9e) Die in Fig 9f gezeigte Folie besteht nun aus den zwei Schichten 804 und 805 Aus Fig 9g kann man ersehen, daß es bei dieser Ausführungsvariante nichts ausmacht, wenn die Öffnungen 806 der dickeren Schicht 805, bedingt durch das Aufwachsen der dickeren Schicht 805, z.B in einem konventionellen Aufdampfsystem, einen sich nach oben zu verjungenden Querschnitt 807 aufweisen Durch senkrechtes Atzen (z B reaktives Ionenstrahl-Atzen) unter Verwendung der Schicht 804 als Maskierungsschicht werden die über die Rander dieser Maskierungsschicht überstehenden Bereiche weggeatzt, sodaß am Ende die Wände der Berandungen der Öffnungen senkrecht werden 6. Beschreibung eines Beispiels:FIGS. 9a to 9g schematically show how the inventive method can be used to produce an opening provided with an opening which is provided on one side with a thin layer of a different material. According to FIG. 9a, one with a resist 802 (e.g. positive Resist NOVA-2041, Hoechst) provided substrate 801 and the resist 802 is structured by means of a lithographic process, so that the openings 811 correspond to the later openings of the film. Through these openings, the underlying substrate (for example a Si wafer) is etched with an undercut ( e.g. by means of reactive ion etching), and the depressions 8111 (FIG. 9b) are formed. Two chemically different layers 804, 805 are then deposited in succession (FIGS. 9c, 9d), which layers, for example, have a relatively thin Ti layer (804) and can be a thicker graphite layer (805) or a relatively thin SiÜ2 layer (804) and a thicker Si layer (805) Before removing the resist layer 802 (FIG. 9f), the entire arrangement can be connected to a reinforcing frame 812 (FIG. 9e). The film shown in FIG. 9f now consists of the two layers 804 and 805. FIG. 9g shows that it is at This embodiment variant does not mind if the openings 806 of the thicker layer 805, due to the growth of the thicker layer 805, for example in a conventional vapor deposition system, have a cross-section 807 which is to be tapered upwards by vertical etching (e.g. reactive ion beam etching) underneath Using the layer 804 as a masking layer, the areas protruding beyond the edges of this masking layer are etched away, so that in the end the walls of the edges of the openings become vertical 6. Description of an example:
In dem nachfolgend beschriebenen Beispiel wird eine Folienherstellung der erfindungsgemäßen Art am Beispiel einer Maske für lithographische Anwendungen im Detail erläutert, deren Herstellung grundsätzlich von der Ausfuhrungsform gemäß der Figuren la bis le Gebrauch macht.In the example described below, a film production of the type according to the invention is explained in detail using the example of a mask for lithographic applications, the production of which basically makes use of the embodiment according to FIGS.
Auf einem Si-Wafer mit einem Durchmesser von 100 mm wird ein DX-561 -Resist (Fa. Hoechst) mit einer Dicke von ca. l,5μm durch Spinnen aufgetragen. Dieser Resist wird mittels eines Elektronenstrahlschreibers und nachfolgender Entwicklung strukturiert. Alternativ dazu wird ein NOVA-2071 -Resist mit einer Dicke von l,5μm aufgetragen, und die Strukturen werden mittels optischer Lithographie (Laser-Schreiber oder optischer Wafer-Stepper-Belichtung) strukturiert.A DX-561 resist (Hoechst) with a thickness of approximately 1.5 μm is applied to an Si wafer with a diameter of 100 mm by spinning. This resist is structured using an electron beam recorder and subsequent development. Alternatively, a NOVA-2071 resist is applied with a thickness of 1.5 μm, and the structures are structured by means of optical lithography (laser writer or optical wafer stepper exposure).
Im nächsten Schritt wird die durch die Öffnungen des Resist freigegebene Oberseite des Si-Wafers mit .CF4/θ2-Plasma fiir eine Zeit von ca. 25 min geätzt, sodaß Eintiefüngen gebildet werden, die in Fig. lc schematisch dargestellt sind. Die Tiefe der Eintiefüngen beträgt ca. 2μm und die laterale Hinterätzung beträgt ca. 0,1 μm.In the next step, the top side of the Si wafer exposed through the openings of the resist is etched with .CF4 / θ2 plasma for a time of about 25 minutes, so that depressions are formed which are shown schematically in FIG. 1c. The depth of the recesses is approx. 2 μm and the lateral undercut is approx. 0.1 μm.
Die so geschaffene Struktur wird in einer Bedampfüngskammer mit Ag bis zu einer Dicke von ca. 2μm beschichtet, wobei diese Schicht, wie in Figur ld schematisch dargestellt ist, an den Berandungen der Öffnungen im Resist unterbrochen ist.The structure thus created is coated in a vapor deposition chamber with Ag to a thickness of approximately 2 μm, this layer being interrupted at the edges of the openings in the resist, as is shown schematically in FIG. 1d.
Die Größe der Öffnungen in dieser Folie beträgt ca. 0,5 bis lOμm, wobei die Öffnungsdichte innerhalb des strukturierten Bereichs der Maske bis 45% beträgt.The size of the openings in this film is approximately 0.5 to 10 μm, the opening density within the structured area of the mask being up to 45%.
An der Berandung der Maskenschicht wird zur besseren späteren Handhabung der Folie ein Metallring aufgeklebt, z.B. mittels eines Epoxy-Harzes.A metal ring is glued to the edges of the mask layer for easier handling, e.g. using an epoxy resin.
Nach Aushärten des Klebers wird der Wafer mit der Maskenschicht und dem Verstärkungsring für einige Minuten in Azeton getaucht, um die Resistschicht aufzulösen und so die fertige Maske von dem Substrat abheben zu können.After the adhesive has hardened, the wafer with the mask layer and the reinforcement ring is immersed in acetone for a few minutes in order to dissolve the resist layer and thus be able to lift the finished mask off the substrate.
Abschließend ist noch anzumerken, daß die obige Beschreibung von einigen möglichen Ausführungsvarianten keinesfalls einschränkend ist. Insbesondere ist es im Rahmen der vorliegenden Offenbarung zulässig, Verfahrensschritte oder Verfahrensabläufe verschiedener Ausführungsbeispiele beliebig miteinander zu kombinieren, um zu weiteren Ausfuhrungsbeispielen der vorliegenden Erfindung zu gelangen. Die Bezugnahme zu Techniken der Halbleiterherstellungs-Technologie ist nicht als eine Einschränkung zu betrachten, sondern sollte lediglich zu Erkennen geben, daß einige Verfahrensschritte mit geringem Aufwand durch bekannte Techniken realisierbar sind. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind jedoch alle denkbaren Materialkombinationen und Verfahrensabläufe zulässig, welche eine Folienherstellung nach dem Patentanspruch 1 ermöglichen. Insbesondere können alle in Schichten herstellbare Materialien, so auch Metall- Halbleiter- oder Isolatorschichten oder Kombinationen solcher Schichten, und alle bekannten Schichterzeugungstechniken für eine Folienherstellung der erfindungsge¬ mäßen Art verwendet werden.Finally, it should be noted that the above description of some possible design variants is in no way restrictive. In particular, it is permissible within the scope of the present disclosure to combine method steps or method sequences of various exemplary embodiments with one another as desired in order to arrive at further exemplary embodiments of the present invention. The reference to Techniques of semiconductor manufacturing technology are not to be regarded as a limitation, but should only be used to indicate that some process steps can be implemented with little effort using known techniques. In the context of the present invention, however, all conceivable material combinations and process sequences are permissible, which enable film production according to claim 1. In particular, all materials that can be produced in layers, including metal, semiconductor or insulator layers or combinations of such layers, and all known layer production techniques can be used for film production of the type according to the invention.
Die Verwendung der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Maske ist nicht auf die genannten Verwendungen eingeschränkt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind alle denkbaren Verwendungen einer solchen Maske umfaßt. Weiters ist die vorliegenden Erfindung grundsätzlich nicht an bestimmte Folienabmessungen, wie Länge, Breite, Durchmesser oder Dicke, sowie an bestimmte Öffhungsstrukturen gebunden. Besonders vorteilhaft läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren jedoch in den eingangs genannten Bereichen realisieren. The use of the mask produced by means of the method according to the invention is not restricted to the uses mentioned. All conceivable uses of such a mask are encompassed within the scope of the present invention. Furthermore, the present invention is fundamentally not tied to specific film dimensions, such as length, width, diameter or thickness, or to specific opening structures. However, the method according to the invention can be implemented particularly advantageously in the areas mentioned at the beginning.

Claims

ANSPRÜCHE EXPECTATIONS
1. Verfahren zur Herstellung einer strukturierten Folie, deren Strukturen durch eine Mehrzahl von Öffnungen gebildet werden, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:1. A method for producing a structured film, the structures of which are formed by a plurality of openings, the method comprising the following steps:
a) Bereitstellen eines ebenen flächigen Substrates mit einer oder mehreren dünnen Schichten an der Oberseite, wobei das Material zumindest einer dieser dünnen Schichten chemisch von jenem des Substrates unterschiedlich ist, b) Herstellen einer die Folie bildenden oder zu ihr gehörenden, mit einer Mehrzahl von Öffnungen strukturierten Schicht an der Oberseite der aus dem Substrat und zumindest einer dünnen Schicht bestehenden Anordnung, wobei sich das Material der Folienschicht chemisch von jenem zumindest einer darunter liegenden, dünnen Schichten unterscheidet, c) Ablösen der strukturierten Folie von dem Substrat durch Entfernen der zwischen der Folienschicht und dem Substrat befindlichen Schichten.a) providing a flat, flat substrate with one or more thin layers on the upper side, the material of at least one of these thin layers being chemically different from that of the substrate, b) producing a film forming or belonging to it with a plurality of openings structured layer on the top of the arrangement consisting of the substrate and at least one thin layer, the material of the film layer chemically differing from that of at least one underlying thin layer, c) detaching the structured film from the substrate by removing the between the film layer and layers located on the substrate.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie vor dem Ablösen von dem Substrat im Bereich ihrer Berandung zumindest abschnittsweise mit einem Versteifüngsrahmen versehen wird, z.B. durch Kleben oder Bonden an einen Rahmen oder durch Aufwachsen oder Abscheiden einer Materialschicht entlang der Berandung, um eine sichere Handhabung der Folie nach dem Ablösen zu ermöglichen.2. The method according to claim 1, characterized in that the film is at least partially provided with a stiffening frame in the region of its edge before detaching from the substrate, e.g. by gluing or bonding to a frame or by growing or depositing a layer of material along the edge to enable safe handling of the film after it has been removed.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt b) des Herstellens der die Folie bildenden stiυkturierten Schicht die folgenden Schritte aufweist: b)j Strukturieren der obersten, dünnen Schicht mittels eines lithographischen Verfahrens, b)2 Aufbringen der die Folie bildenden Schicht auf die Oberseite der strukturierten dünnen Schicht bzw. des Substrates, wobei diese Folienschicht in der Weise hergestellt wird, daß sie an den Berandungen der Strukturen der obersten dünnen Schicht unterbrochen ist und diese Unterbrechungen in der Folge die Berandungen der Öffnungen der Folie bilden.3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that step b) of producing the structured layer forming the film comprises the following steps: b) j structuring the top, thin layer by means of a lithographic process, b) 2 application of the layer forming the film on top of the structured thin layer or of the substrate, this film layer being produced in such a way that it is interrupted at the edges of the structures of the uppermost thin layer and these interruptions subsequently result in the edges of the openings in the Form a film.
18 ERSATZBLÄΪT (REGEL 26) 18 SPARE BLADES (RULE 26)
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der4. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the
Schritt b) des Herstellers der die Folie bildenden, strukturierten Schicht die folgenden Schritte aufweist: b)j Aufbringen der die Folie bildenden Schicht auf die Oberseite einer dünnen, unstrukturierten Schicht, b)2 Aufbringen einer weiteren dünnen Schicht und Strukturieren dieser Schicht mittels eines lithographischen Verfahrens, b)3 Ätzen von Öffnungen in die die Folie bildende Schicht durch die Öffnungen der strukturierten, obersten Schicht.Step b) of the manufacturer of the structured layer forming the film comprises the following steps: b) j application of the layer forming the film on top of a thin, unstructured layer, b) 2 application of a further thin layer and structuring of this layer by means of a lithographic Method, b) 3 etching openings in the layer forming the film through the openings of the structured, top layer.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturen der obersten dünnen Schicht durch Öffnungen dieser Schicht gebildet werden, welche den Öffnungen der herzustellenden Folie entsprechen.5. The method according to claim 3, characterized in that the structures of the uppermost thin layer are formed by openings of this layer which correspond to the openings of the film to be produced.
6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturen der obersten dünnen Schicht durch Erhebungen gebildet werden, welche den Öffnungen der herzustellenden Folie entsprechen.6. The method according to claim 3, characterized in that the structures of the uppermost thin layer are formed by elevations which correspond to the openings of the film to be produced.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen der die Folie bildenden Schicht durch galvanisches Abscheiden eines Materials an der Oberseite einer dünnen, leitfahigen Schicht erfolgt, welche unmittelbar unter bzw. zwischen den Erhebungen angeordnet ist, wobei das Material der Erhebungen elektrisch nicht leitend ist.7. The method according to claim 6, characterized in that the application of the layer forming the film is carried out by electrodeposition of a material on the top of a thin, conductive layer which is arranged directly below or between the elevations, the material of the elevations being electrical is not conductive.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf ein mit mindestens einer unstrukturierten Schicht versehenes Substrat zunächst die dünne, leitfahige Schicht aufgebracht wird, sodann eine weitere elektrisch nicht leitende Schicht aufgebracht und strukturiert wird, und die die Folie bildende Schicht durch galvanisches Abscheiden an der Oberseite der dünnen, leitfahigen Schicht hergestellt wird.8. The method according to claim 7, characterized in that the thin, conductive layer is first applied to a substrate provided with at least one unstructured layer, then another electrically non-conductive layer is applied and structured, and the layer forming the film by electrodeposition is produced on the top of the thin, conductive layer.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die oberste, elek¬ trisch nicht leitende, dünne Schicht strukturiert wird, sodann auf die Oberseite der so gebildeten Anordnung eine dünne, leitfahige Schicht aufgebracht wird, und die die Folie bildende Schicht durch galvanisches Abscheiden an der Oberseite der zwischen den Erhebungen der stmkturierten Schicht befindlichen, dünnen, leitfahigen Schicht hergestellt wird.9. The method according to claim 7, characterized in that first the uppermost, elec¬ trically non-conductive, thin layer is structured, then a thin, conductive layer is applied to the top of the arrangement thus formed, and the layer forming the film by galvanic Deposition is produced on the top of the thin, conductive layer located between the elevations of the structured layer.
1919
ERSATZBUTT (REGEL 26) REPLACEMENT BUTT (RULE 26)
10. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen der die Folie bildenden Schicht durch Bedampfen oder Besputtern der strukturierten, dünnen Schicht bzw. des Substrates erfolgt.10. The method according to claim 5, characterized in that the application of the layer forming the film is carried out by vapor deposition or sputtering of the structured, thin layer or the substrate.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die verdampften bzw. gesputterten Materialteilchen senkrecht zu der Oberseite der dünnen Schicht bzw. des Substrates hin bewegt werden, sodaß die aufgedampfte oder -gesputterte Folienschicht an den Berandungen der Öffnungen der strukturierten, dünnen Schicht unterbrochen ist.11. The method according to any one of claims 10 or 11, characterized in that the evaporated or sputtered material particles are moved perpendicular to the top of the thin layer or the substrate, so that the vapor-deposited or sputtered film layer on the edges of the openings of the structured , thin layer is interrupted.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturen der aufgedampften oder aufgesputterten Folienschicht durch Unterbrechungen an einer Hinterschneidung einer darunter liegenden dünnen Schicht oder des Substrates gebildet werden.12. The method according to claim 10, characterized in that the structures of the vapor-deposited or sputtered film layer are formed by interruptions at an undercut of an underlying thin layer or the substrate.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Hinterschneidung durch Ätzen von Öffnungen mit im wesentlichen gleichbleibenden Querschnitten in die strukturierte dünne Schicht bis zu einer darunterliegenden dünnen Schicht oder bis zur Oberseite des Substrates und durch nachfolgendes selektives Ätzen dieser darunter liegenden dünnen Schicht oder des Substrates durch die Öffnungen der strukturierten dünnen Schicht gebildet wird.13. The method according to claim 12, characterized in that the undercut by etching openings with substantially constant cross sections in the structured thin layer to an underlying thin layer or to the top of the substrate and by subsequent selective etching of the underlying thin layer or of the substrate is formed through the openings of the structured thin layer.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Hinterschneidung durch Ausbilden von Öffnungen mit einer in Richtung Substrat zumindest abschnittsweise zunehmenden Querschnittsfläche in der strukturierten dünnen Schicht an der Oberseite des Substrates, z.B. mittels Elektronenstrahllithographie oder mittels optischer Lithographie unter Verwendung der Image-Reversal-Technik gebildet wird.14. The method according to claim 12, characterized in that the undercut by forming openings with a cross-sectional area increasing at least in sections in the direction of the substrate in the structured thin layer on the top of the substrate, e.g. is formed by means of electron beam lithography or by means of optical lithography using the image reversal technique.
15. Verfahren nach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt b) des Herstellens der die Folie bildenden strukturierten Schicht die folgenden Schritte aufweist: b)j Aufbringen der die Folie bildenden Schicht auf die Oberseite einer strukturierten dünnen Schicht, wobei die Strukturen der dünnen Schicht zuvor entweder durch15. The method according to 1 or 2, characterized in that step b) of producing the structured layer forming the film comprises the following steps: b) j applying the layer forming the film to the top of a structured thin layer, the structures of the thin layer beforehand either
Erhebungen dieser Schicht oder einer darunter liegenden Schicht bzw. desElevations of this layer or an underlying layer or the
Substrates gebildet werden und die aufgebrachte Folienschicht im wesentlichen keine Unterbrechungen aufweist, b)2 Abtragen des oberhalb der Erhebungen befindlichen Abschnittes der Folienschicht in einer Weise, daß die Folienschicht im Bereich der Erhebungen unterbrochen wird und diese Unterbrechungen in der Folge die Berandungen der Öffnungen der Folie bilden.Substrate are formed and the applied film layer has essentially no interruptions, b) 2 Removing the section of the film layer located above the elevations in such a way that the film layer is interrupted in the region of the elevations and these breaks subsequently form the edges of the openings in the film.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der über den Erhebungen befindliche Abschnitt der Foüenschicht durch Poüeren dieser Foüenschicht abgetragen wird.16. The method according to claim 15, characterized in that the portion of the foam layer located above the elevations is removed by means of this foam layer.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß als Substrat eine Siliziumscheibe, z.B. ein Wafer, oder eine Glas- bzw. Quarzplatte verwendet wird.17. The method according to any one of claims 1 to 16, characterized in that a silicon wafer, e.g. a wafer, or a glass or quartz plate is used.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine dünne Schicht an der Oberseite des Substrates ein Polymer, z.B. ein Photoresist ist.18. The method according to any one of claims 1 to 16, characterized in that the at least one thin layer on the top of the substrate is a polymer, e.g. is a photoresist.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die strukturierte Foüe aus einem leitenden Material, z.B. einem Metall-, einem Halbleitermaterial oder einer leitenden Modifikation des Kohlenstoffs durch Aufdampfen, Sputtern oder gegebenenfalls durch galvanische bzw. chemische Abscheidung hergestellt wird.19. The method according to any one of claims 1 to 16, characterized in that the structured film made of a conductive material, e.g. a metal, a semiconductor material or a conductive modification of the carbon is produced by vapor deposition, sputtering or, if appropriate, by galvanic or chemical deposition.
20. Verfahren nach den Ansprüchen 17 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß das bereitgestellte Substrat mit der zumindest einen dünnen Schicht an der Oberseite ein vorgefertigtes Maskenblank, z.B. ein Photomaskenblank ist.20. The method according to claims 17 and 18, characterized in that the substrate provided with the at least one thin layer on the top of a prefabricated mask blank, e.g. is a photo mask blank.
21. Verwendung einer nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 20 hergestellten strukturierten Foüe als eine Maske oder ein Sieb.21. Use of a structured film produced by the method according to one of claims 2 to 20 as a mask or a sieve.
22. Verwendung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die strukturierte Folie als eine Stencil-Maske für Lithographie mittels elektromagnetischer Strahlung, wie z.B. UV- oder Röntgenstrahlüthographie, oder für Lithographie mittels Korpuskular¬ strahlen, wie z.B. Elektronen- oder Ionenstrahlüthographie, sowie als eine Fresnel-Linse für ProjektionsUthographie verwendet wird.22. Use according to claim 21, characterized in that the structured film as a stencil mask for lithography by means of electromagnetic radiation, such as e.g. UV or X-ray ultrathography, or for lithography using corpuscular rays, such as Electron or ion beam ultrasound, as well as being used as a Fresnel lens for projection urography.
23. Verwendung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die strukturierte Foüe als eine Maske für Ionenimplantation, für Ionenstrahlätzen, als eine Aufdampfinaske oder als eine Maske für die Behandlung eines Substrates mittels gerichteter atomarer Strahlen oder Molekülstrahlen verwendet wird. 23. Use according to claim 21, characterized in that the structured film is used as a mask for ion implantation, for ion beam etching, as a vapor deposition mask or as a mask for the treatment of a substrate by means of directed atomic rays or molecular beams.
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