DD289426A7 - Verfahren zur herstellung einer strukturierten metallfolie - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer strukturierten Metallfolie, bei welchem zusammenhaengende Metallstrukturen, beispielsweise Metallgitter, mittels lithografischer und galvanischer Verfahren bis zu einer solchen Dicke aufgebaut werden, dasz anschlieszend eine hohe Maszhaltigkeit der Folie und ein unkompliziertes Einspannen in einen tragenden Rahmen ermoeglicht werden kann. Anwendungsgebiete sind insbesondere die Mikroelektronik, Mikroakustik, Opto- und Leistungselektronik usw. Erfindungswesentlich ist, dasz ein zu verstaerkendes Metallmuster auf einer ein Substrat und eine Ankontaktierschicht mindestens stellenweise bedeckenden Metallschicht erzeugt wird. Fuer die laterale Begrenzung der das Metallmuster bildenden galvanisch aufzufuellenden Gebiete wird eine dicke Resistschicht aufgebracht, mit kurzwelligen Strahlen belichtet und entwickelt. Nach erfolgter Verstaerkung zumindest von Teilen des entstandenen Metallmusters wird dessen Oberflaeche stellenweise mit einer weiteren Metallschicht bedeckt. Abschlieszend wird die Folie vom Substrat entfernt und einem AEtzverfahren unterzogen.{Mikroelektronik; Metallfolie, strukturiert; Metallschicht; AEtzverfahren}

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer strukturierten Metallfolie, bei welchem zusammenhängende Metallstrukturen, beispielsweise Metallgitter, mittels lithografischer und galvanischer Verfahren erzeugt werden. Derartig strukturierte Folien werden für den Einsatz in projizierenden Elektronen-, Röntgen- und lonenstrahllithografieeinrichtungen in einen tragenden Rahmen eingespannt und finden so insbesondere in der Mikroelektronik, Mikroakustik, Opto- und Leistungselektronik sowie der Magnetblasenspeicherstellung als Transmissions- oder Gittermasken breite Anwendung.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Um der ständigen Verkleinerung der Bildelemente und der Forderung nach hoher Stabilität unter starker Strahlenbelastung in Projektionslithografieanlagen gerecht zu werden, sind Maskendicken größer 3-10μιτι erstrebenswert. Als Grundstruktur besitzen die meisten eingesetzten Transmissionsmasken ein Metallgitter mit Steg- und Lochbreiten von 0,2-2 μηι für eine 1:1-Projektion undO,5-5pm für verkleinernde 5:1- bis 20:1-Projektionsverfahren. In/oder auf diesem Gitter ist das eigentliche Maskendesign enthalten.

Die bekannten Verfahren für die Herstellung derartiger Gittermasken, wie zum Beispiel In DE-PS 937325, DE-OS 2416186 oder DE-AS 2512086 vorgestellt, basieren auf der fotolithografischen Herstellung lateraler Galvanikbegrenzungen auf einem leitfähigen Substrat, anschließendem galvanischen Auffüllen der geöffneten Gebiete und Entfernen von Substrat und Reslststrukturen. Infolge ungenügender fotolithografischer Auflösung und nicht ausreichender Kantensteilheit der Reslststruktui en sind mit diesem Verfahren lediglich maximale Maskendicken von 3-6μνη bei Steg- und Lochbreiten kleiner 2-5 μη sicher realisierbar.

Zur Herstellung genügend dicker strukturierter Metallfolien müssen mehrere, mindestens jedoch zwei Lithografie- und Galvanikschritte nacheinander erfolgen. Dabei ergeben sich in Erweiterung der bekannten Verfahren allerdings große Schwierigkeiten mit einer genauen Justierung der einzelnen Ebenen zueinander, da Bildverzerrungen und mögliche Justagefehler zu einer Verkleinerung der Lochbereiche in einzelnen Gebieten der Folie und damit zu geringen Ausbeuten fühien.

Die prinzipiellen Möglichkeiten einer genauen Justierung einzelner Galvanikebenen zueinander und damit die Herstellung dickerer strukturierter Metallfolien sind nach EP 0006459 und nach DE-OS 2628099 gegeben, wo die Belichtung einer Negativresistschicht durch Jas strahlungsdurchlässige Substrat und eine darauf aufgebrachte strukturierte Metallschicht hindurch erfolgt. Der Nac'rueil dieser Verfahren besteht jedoch darin, daß hier alle Strukturen unabhängig von ihrer Größe mit der gleichen Dicke hergestellt wurden, was in dem nachfolgenden Einspannprozeß der Maske oder unter den Bedingungen der hohen Strahlungsbelastung zu inhomogenen Verzerrungen einzelner Maskengebiete und damit zu Überdeckungsproblemen führt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, trotz der ständig kleiner werdenden Strukturgrößen und starken Strahlenbelastungen eine hohe Maßhaltigkeit und Zuverlässigkeit der Metallfolie bei verbesserter Ausbeute sowie ein unkompliziertes Einspannen in einen tragenden Rahmen der Projektionseinrichtung zu gewährleisten.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung einer strukturierten Metallfolie anzugeben, deren Dicke 5-10 pm bei Minimalstrukturen unter 2 μιη übersteigen kann, wobei die Stabilität erhöht und Verzerrungen vermieden werden sollen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß ein Metallmuster auf einer das Substrat und eine Ankontaktierschicht mindestens stellenweise bedeckenden Metallschicht erzeugt wird. Für die laterale Begrenzung der das Metallmuster bildenden, galvanisch aufzufüllenden Gebiete werden auf der Ankontaktier- und Metallschicht eine dicke strahlungsempfindliche Resistschicht und darauf wiederum eine fest haftende strahlungsundurchlässige Schicht aufgebracht. Letztere wird in bekannter Weise mikrolithografisch, beispielsweise über eine dünne Resistschicht, mit Elektronenstrahlen strukturiert und danach wird durch diese hindurch die dicke Resistschicht mit weichen Röntgenstrahlen oder kurzwelligen Lichtstrahlen belichtet. Die bei der anschließenden Resistentwicklung freigelegten Gebiete werden galvanisch aufgefüllt. Der Vorteil der Anwendung einer fest haftenden strahlungsundurchlässigen Schicht im Zusammenhang mit der extrom kurzwelligen Bestrahlung besteht in erhöhtem Auflösungsvermögen durch Verringerung von Beugungs- und Steuererscheinungen und, insbesondere bei der Anwendung von Röntgenstrahlung, in der fehlenden Reflexion am Substrat. Nach einem VerstSrkungsprozeß zumindest von Teilen des entstandenen Metallmusters in bekannter Weise, das heißt, Negativresistbeschichtung, Belichtung durch das Substrat und galvanische Metallabscheidung der auch ein- oder mehrfach wiederholt werden kann, wird dessen Oberfläche mit einer weiteren Metallschicht zur Erzeugung der eigentlichen Maskendesigns oder zur Erzielung einer Randverstärkung der Folie bedeckt.

Abschließend wird die Folie vom Substrat entfernt und einem Ätzverfahren unterzogen. Soll die auf das Metallmuster aufgebrachte weitere Metallschicht das Maskendesign enthalten, so wird sie unter gleichzeitiger Anwendung bekannter mikrolithografischer Verfahren, zum Beispiel durch galvanisches Überwachen oder durch stromloses Abscheiden auf der Oberfläche des Metallmusters hergestellt, während die das Substrat und die Ankontaktierschicht mindestens stellenweise bedeckende Metallschicht dann nur im Randbereich des Substrates ausgebildet ist und damit der Randverstärkung des Metallmusters zur Erhöhung der mechanischen Stabilität der Metallfolie dient. Andererseits besteht die Möglichkeit, das Maskendesign in der das Substrat mindestens stellenweise bedeckenden Metallschicht bereits am Anfang mit bekannten mikrolithografischen Verfahren herzustellen, so daß nun die auf dsm Metallmuster aufgebrachte weitere Metallschicht der Randverstärkung der Metallfolie dient und gemeinsam mit dem Maskendesign und dem Metallmuster vom Substrat entfernt werden kann.

Die erzielbaren minimalen Stegbreiten des tragenden Metallmusters von kleiner 1-2 μητι gestatten bei verkleinernden Elektronen- und lonenprojektionsverfahren einen Einsatz der Metallfolie für Überstrahlungsmasken, so daß das Maskendesign nicht unmittelbar den Strukturen des Metallmusters zugeordnet sein muß. Damit wird die jeweilige, später das Maskendesign enthaltende Metallschicht vorzugsweise zunächst ganzflSchig erzeugt und zur Verhinderung geometrischer Verzerrungen erst nach dem Einspannen in einen tragenden Rahmen mikrolithografisch strukturiert. Zur Vereinfachung des Lithografieschrittes kann diese Strukturierung selbstverständlich auch vor dem Einspannen durchgeführt werden.

Zur weiteren Verringerung geometrischer Verzerrungen kann während des Prozesses der Verstärkung des Metallmusters mit dem bekannten Negativresistverfahren zusätzlich zur kurzwelligen Belichtung durch das Substrat eine örtlich selektive resistseitige Belichtung der Negativresistschicht erfolgen, wodurch im nachfolgenden Galvanikprozeß nur die nichtbelichteten Gebiete verstärkt werden und die das Maskendesign enthaltenden zusammenhängenden Gebiete in ihrer ursprünglichen Dicke verbleiben.

Erfolgt die kurzwellige Belichtung durch das Substrat über eine zusätzliche, das Maskendesign enthaltende Belichtungsmaske, so überwachsen im anschließenden Galvanikprozeß die nicht bestrahlten Gebiete des Metallmusters und bilden das Maskendesign, während die übrigen Gebiete des Metallmusters in bekannter Weise verstärkt werden. Die Verbesserung der Überstrahlungseigenschaften des Metalimusters kann weiterhin durch ein laterales Abdünnen der Gitterstege auf Stegbreiten unter 1 pm bei der Anwendung eines lonenstrahlätzvorfahrens erzielt werden. Der Einfallswinkel der abtragenden Ionen zur Foliennormalo wird dabei so gewählt, daß vorzugsweise nur die Stegbreiten verringert werden, während die eigentliche Foliendicke nur geringfügig abnimmt.

Ausführungsbeispiel Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren beschrieben. Die Fig. 1 bis 3 zeigen Verfahrensstufen eines ersten Ausführungsbeispieles zur Herstellung einer, in einen tragenden Rahmen

eingespannten, strukturierten Metallfolie, die aus einem dicken Metallgitter mit noch stärkeren Randbereichen besteht und miteiner dünnen, das eigentliche Maskendesign enthaltenden Metallschicht bedeckt ist.

Die Fig.4 bis 6 zeigen Verfahrensschritte eines zweiten Ausführungsbeispieles zur Herstellung einer strukturierten Metallfolie,

bei der Gitter- und Designstrukturen bereits verknüpft vorliegen und die Gitter- sowie Randgebiete zusätzlich verstärkt werden.

Die Fig.7 und 8 zeigen Verfahrensschritte eines dritten Ausführungsbeispieles, bei dem ein tragendes Metallgitter direkt auf das Maskendesign aufgewachsen wird. Sämtliche Figuren stellen Schnittbilder dar. Ausführungsbelsplel 1 Gemäß Fig. 1 wird auf einem Glassubstrat 1, das ganzflächig mit einer 0,02 μπΊ dicken Ankontaktierschicht 2 aus Chrom und

zumindest teilweise mit einer Metallschicht 3 aus Nickel bedeckt ist, eine 6-8pm dicke strahlungsempfindliche Resistschicht 4aufgebracht. Nach dem stromlosen Abscheiden einer 1 pm dicken strahlungsundurchlässigen Schicht 5 aus Nickel und derenelektronenstrahllitho^rafischen Strukturierung mit einem Gittermuster, erfolgt eine Belichtung der dicken Resistschicht 4 mit

kurzwelligen Strahlen 6, beispielsweise mit weicher Röntgenstrahlung, durch die Öffnungen der strahlungsundurchlässigen

Schicht 5. In die nach der Resistentwicklung entstandenen Öffnungen der strahlungsempfindlichen Resistschicht 4 wird

galvanisch Nickel abgeschieden, so daß das in Fig. 2 dargestellte Metallmuster 7 gebildet wird.

Gemäß Fig.2 wird das Metallmuster 7 mit einer 5μπι dicken Negativresistschicht 8 bedeckt, und es erfolgt eine kurzwellige Belichtung 9 durch das Substrat 1 und die Ankontaktierschicht 2 mit ultravioletter Strahlung. Nach dem galvanischen Auffüllen

der entstandenen Öffnungen in der dicken Negativresistschicht 8, welches zu einer Verstärkung des Metallmusters 7 führt, wirdder Galvanikprozeß soweit fortgeführt, daß infolge Überwachsens der stehengebliebenen Resistgebiete einezusammenhängende Metallschicht 10 entsteht. Nach der chemischen Entfernung von Substrat 1, Ankontaktierschicht 2 und

Resten der Negativresistschicht 8 wird die so entstandene Metallfolie, bestehend aus Metallschicht 3, Metallmuster 7 und Metallschicht 10 in einen tragenden Rahmen 11 eingespannt. Gemäß Fig.3 erfolgt abschließend eine mikrolithografische Strukturierung der Metallschicht 10 zur Herstellung des Maskendesigns. Ausführungsbeispiel 2 Analog dem ersten Ausführungsbeispiel (Fig. 1) wird ein Metallmuster 7 hergestellt, wobei allerdings neben den Gitter- auch

bereits Designstrukturen in der strahlungsundurchlässigen Schicht 5 vorhanden sind.

Um Verzerrungen dieser Folie im Einspannprozeß zu verringern, wird hier eine weitere Verstärkung nur der Gitter- und der Randgebiete des Metallmusters 7 vorgenommen. Dies geschieht derart, daß zusätzlich zu der im 1 .Ausführungsbeispiel

beschriebenen Negativresistbeschichtung und substratseitigen Belichtung mit kurzwelligen Strahlen 9 eine resistseitige

Belichtung 13 der dicken Negativresistschicht 8 über den zusammenhängenden Gebieten 12 mit kurzwelligem Licht

durchgeführt wird (Fig.4).

Da nun im anschließenden Resistentwicklungsprozeß auch die Resistgebiete über den zusammenhängenden Gebieten 12

stehenbleiben, können nur noch die Gitter- und die Randgebiete galvanisch verstärkt werden.

Durch galvanisches Herstellen der Metallschicht 10 werden die Randbereiche des Metallmusters 7 noch weiter verstärkt, so daß

nach der Resistentfernung die Metallfolie, bestehend aus dem Metallmuster 7 und den Metallschichten 3 und 10 vom Substratmechanisch abgelöst werden kann. Gemäß Fig. 5 wird diese Metallfolie einem lonenstrahlätzverfahren unterzogen, wobei deretwa 20" betragende Einfallswinkel der lonenstrahlen 14 zur Normale der sich drehenden Metallfolie bewirkt, daß die Breite der

Gitterstege verringert und das Querschnittsprofil verbessert werden, während die Dicke der Folie dabei nur unwesentlich

verringert wird.

Abschließend erfolgt wiederum ein Einspannen der Folie in einen tragenden Rahmen 11 (Fig. 6). Ausführungsbeispiel 3 Analog dem 1. Ausführungsbeispiei erfolgt wiederum die galvanische Herstellung eines ein Gitter mit Randbereich bildenden Metallmusters 7 in einer röntgenstrahlstrukturierten Resistschicht 4, allerdings befindet sich auf dem Substrat 1 und der Ankontaktierschicht 2 die bereits mit dem Maskendesign strukturierte 1 pm dicke Metallschicht 3 aus Nickel (Fig.7). Damit erfolgt die galvanische Abscheidung des ein Gitter bildenden Metnllmupters 7, stellenweise auf der Ankontaktierschicht 2

und stellenweise auf der Metallschicht 3, so daß nach der galvanischen Randverstärkung mit der Metallschicht 10, der

Resistentfernung und dem Entfernen von Substrat 1 und Ankontaktierschicht 2, bereits eine das Maskendesign enthaltende

gegitterte Metallfolie aus Nickel vorliegt, die in einen tragenden Rahmen 11 eingespannt werden kann (Fig.8).

Das hier aufgeführte Ausführungsbeispiel ist besonders günstig, wenn die mit einem Lithografieschritt erzielbare Foliendicke

bereits den Anforderungen genügt.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung einer strukturierten Metallfolie, bei dom auf einem Substrat mit einer elektrisch leitfähigen Oberfläche ein Metallmuster erzeugt und vorzugsweise durch Negativresistbeschichtung, Belichtung durch das Substrat und galvanisches Auffüllen der entstandenen Öffnungen verstärkt wird, gekennzeichnet dadurch, daß das Metallmuster (7) auf einer das Substrat (1) und eine Ankontaktierschicht (2) mindestens stellenweise bedeckenden Metallschicht (3) erzeugt wird, wobei für die laterale Begrenzung der das Metallmuster (7) bildenden galvanisch aufzufüllenden Gebiete a'jf der Ankontaktierschicht (2) und Metallschicht (3) eine dicke strahlungsempfindliche Resistschicht (4) aufgebracht und durch eine darauf befindliche - mikrolithografisch strukturierte - strahlungsundurchlässige Schicht (5) hindurch mit kurzwelligen Strahlen (6) belichtet und anschließend entwickelt wird, daß weiterhin nach erfolgter Verstärkung zumindest von Teilen des Wetallmusters (7) dessen Oberfläche stellenweise mit einer weiteren Metallschicht (10) bedeckt wird und daß die Folie abschließend vom Substrat (1) entfernt und einem Ätzverfahren unterzogen wird.

2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß mindestens eine der Metallschichten (3; 10) nur im Randgebiet des Metallmusters (7) erzeugt wird.

3. Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die auf das Substrat aufgebrachte dünne Metallschicht (3) mirkolithografisch strukturiert und gemeinsam mit dem galvanisch hergestellten Metallmuster (7) vom Substrat (1) entfernt wird.

4. Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß das Metallmuster (7) gemeinsam mit der das Substrat (1) ganzflächig bedeckenden Metallschicht (3) vom Substrat (1) entfernt und daß die Metallschicht (3) vor beziehungsweise nach dem Einspannen in einen tragenden Rahmen mikrolithografisch strukturiert wird.

5. Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Metallschicht (10) zunächst ganzflächig erzeugt und vor beziehungsweise nach dem Einspannen in einen tragenden Rahmen mikrolithografisch strukturiert wird.

6. Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß im Prozeß der Verstärkung des Metallmusters (7) zusätzlich zur kurzwelligen Belichtung (9) durch das Substrat (1) eine örtlich selektive resistseitige Belichtung (13) erfolgt, wodurch einige zusammenhängende Gebiete (12) in der ursprünglichen Dicke verbleiben.

7. Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß im Prozeß der Verstärkung des Metallmusters (7) die kurzwellige Belichtung (9) durch das Substrat (1) zur Herstellung der strukturierten Metallschicht (10) über eine zusätzliche Maske erfolgt.

8. Verfahren nach Punkt 1 und einem der weiteren Punkte, gekennzeichnet dadurch, daß als kurzwellige Strahlen (6) Röntgenstrahlen verwendet werden.

9. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß zum Ätzen der Metallfolie lonenstrahlen (14) eingesetzt werden.

10. Verfahren nach Punkt 9, gekennzeichnet dadurch, daß die lonenstrahlen (14) unter einem Einfallswinkel von etwa 20° zur Normale der sich drehenden Metallfolie eingestrahlt werden.