NO861090L - Fremgangsmaate for aa tilveiebringe tynne filmlinjer. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for å tilveiebringe tynnfilmlinjer ved fotolitografi ved tykk resist og påfølgende galvanisk selektiv vekst av metaller.

Det er kjent at med foreliggende teknikk er det mulig å tilveiebringe tynnfilmlinjer med en stor tykkelse (5-7 pm) med minimal bredde på 40-50 pm og en toleranse i bredden på 5-8 pm.

Trenden innenfor mikrobølgeområdet gjør det nødvendig å anvende tynnfilmlinjer ved høyere og høyere frekvenser (20-30 GHz) med høy karakteristisk impedans (200-300 ohm) og med konsentrerte element-kretser. Det er derfor nødvendig å anvende tynne linjer med en bredde på omkring 4-10 pm med stor tykkelse (5-7 pm) og stor skarphet, dvs. nesten vertikale vegger og med toleranse i bredden på omkring 1 pm.

Det er også kjent at linjer med stor skarphet kan bli tilveiebrakt med vakuumkatodeforstøvning av gull, men veksthastigheten til slik teknikk er svært lav og derfor ikke egnet for masseproduksjon. En uhyre stor sløsing av gull oppstår dessuten på grunn av behovet av å pålegge gullet først på alle delene til den isolerte bæreren for så å frembringe linjene. Denne metoden har dessuten ulempen med at linjene underkuttes i en bredde i det minste lik deres tykkelse og veggene til disse linjene blir derfor hule.

Det er dessuten kjent at anvendelsen av teknikken med selektiv galvanisk vekst tilveiebringes en god veksthastighet og gullet må kun bli tillagt på de ledende banene. Med en slik teknikk er det ikke mulig å tilveiebringe den nødvendige skarpheten av toleransen for linjene. Stedene, ved hvilke gullet må vekse, er i virkeligheten tilveiebrakt ved et tykt substrat til fotoresisten. For å tilveiebringe den ønskede meka-niske motstanden til veggene ved slike steder er det nødvendig med en termisk behandling. Den termiske behandlingen deformerer veggene til nevnte steder ved å gjøre dem runde og linjene tilveiebrakt ved gull-veksten antar en svært uregelmessig soppform.

Det er et formål med foreliggende oppfinnelse å overvinne ovenfornevnte ulemper og tilveiebringe en fremgangsmåte for å tilveiebringe tynnfilm linjer ved fotolitografi av tykk resist og påfølgende selektiv galvanisk vekst av metallet som muliggjør tilveiebringelse av tynne linjer med høy skarphet, dvs. med nesten vertikale vegger og med en maksimal toleranse i bredden på omkring 1 pm.

Ovenfornevnte tilveiebringes med en fremgangsmåte av den innledningsvis nevnte art hvis karakteristiske trekk fremgår av krav 1. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremgår av underkravene.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere ved hjelp av en foretrukket, og ikke begrensende utførelsesform av oppfinnelsen og med henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 til 11 viser etterfølgende trinn ved syklusen for å tilveiebringe tynnfilmlinjer ved fotolitografi av tykk resist i samsvar med foreliggende oppfinnelse.

Med henvisning til tegningene er utførelsen ifølge foreliggende oppfinnelse følgende trinn: Fig. 1: metallisering ved katodeforstøvning i vakuum på en isolert bærer 1, dvs. av aluminium, eller glass, eller safir eller berylliumoksyd med et trippelsjikt 2 dannet av et resistivt sjikt av tantalnitrid ved hjelp av et adhesivt sjikt av titan og ved et antidiffust sjikt av palladium med en totaltykkelse på 4000-5000 Angstrom. Fig. 2: sentrifugal avsetning av et første polyamidsjikt 3a med tykkelse på 2-5 pm og herding av dette i samsvar med en første herdingssyklus i en luftovn i omkring 2 timer i temperatur-området 120-150° C og for suksessive 2 timer i et temperatur-område på 170-220 °C fulgt av sentrifugalavsetning av et andre polyamidsjikt 3b med tykkelse på 2-5 pm og herding av det i samsvar med en andre herdesyklus i en luftovn på omkring 2 timer i et område på omkring 150-170° C og for suksessive 2 timer i området på 170-220 °C. De to polyamidsjiktene 3a og 3b resulterer i et perfekt sammensmeltet og jevnt polyamidsjikt 3 med en totaltykkelse på 4-10 pm. Fig. 3: avsetning ved katodeforstøvning i vakuum av et titanok syd sjikt

4 med en tykkelse på 1000 Angstrom på polyamidsjiktet 3.

Fig. 4: sentrifugalavsetning av fotofølsomt lakksjikt 5 med tykkelse på

0,8 pm på titanoksydsjiktet 4.

Fig. 5: ultrafiolett lyseksponering gjennom en metallmaske, fremkalling av det fotofølsomme lakksjiktet 5, ved hjelp av hvilken det dannes noen steder 6 med bredde på 10 pm. Bredden på stedene 6 (utsparinger) avhenger naturligvis på bredden på de an-gjeldende linjer. Med fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse har det blitt tilveiebrakt en bredde på omkring 2 pm. Fig. 6: etsing av titanoksydmetallsjiktet 4 med en fluorsyre, ved hvilken stedene 6 også blir tilveiebrakt i titanoksydmetallsjiktet 4. Fig. 7: fjerning av det fotofølsomme lakksjiktet 5 ved anbringelse i et bad med en oppløsning anbefalt av fremstilleren av den fotofølsomme lakken. Fig. 8: tørretsing i oksygengassplasma med et høyt trykk (4-8 mbar) og med en eksiteringsenergi av lav tetthet (2-7 W/cm^) ved en radiofrekvens på 13,56 MHz til det polyamidsjiktet 3 i en periode på 5-10 minutter, ved hvilke det tilveiebringes noen steder (utsparinger) 6 med nesten vertikale vegger 7 også i det polyamide sjiktet 3. Fig. 9: selektiv galvanisk avsetning av et metall, f.eks. gull eller sølv eller kobber på stedene 6 (utsparingene) tilveiebrakt i det polyamide sjiktet 3 ved hjelp av hvilke det tilveiebringes noen lederlinjer 8 med en tykkelse på 3-7 pm og vegger 9 nesten vertikale på innsiden av utsparingene 6. Fig. 10: fjerning av titanoksydmetallsjiktet 4 med en fluorsyreoppløsning. Fig. 11: tørretsing i oksygengassplasma med et høyt trykk (4-8 mbar) og med en eksitasjonsenergi av lav tetthet (2-7 W/cm^) ved en radiofrekvens på 13,56 MHz for en tid på 5-10 minutter, ved hjelp av hvilken polyamidsjiktet 3 blir fullstendig fjernet. Uten å bryte vakuumet suges oksygengassplasma, utsending av argongass ved et lavt trykk (2-4 x 10"^ mbar) og ved en eksitasjonsenergi med høy tetthet (9-15 W/cm<2>) fortsetter tørretsingen i en tid på 5-10 minutter, ved hjelp av hvilken også trippelmetalliseringssjiktet 2 blir fjernet.

Den beskrevne syklusen tilveiebringer linjer 8 med en bredde på 2-10 pm, en tykkelse på 3-7 pm med vegger 9 nesten vertikale og en toleranse i bredden på ±0,5 pm. Et slikt resultat blir tilveiebrakt ved hjelp av bruken av polyamid som materiale for realisering av utsparingen 6 ved hjelp av hvilke herdesyklusen til polyamid og tørkeetseparameterne er blitt valgt for å tilveiebringe disse forhøyningene 6. Bruken av polyamid og den spesielle startsyklusen til herdingen sikrer en utmerket mekanisk motstand mot polyamidsjiktet 3, mens arten av etsingen og parametrene valgt for å tilveiebringe utsparingene 6 sikrer en utmerket skarphet for veggene 7 til nevnte utsparinger 6.

Fordeler ved den beskrevne prosessen for å tilveiebringe tynnfilmlinjer ifølge oppfinnelsen skulle være klare. Spesielt i og med at de resulterer i det faktumet at med nevnte fremgangsmåte er det mulig å tilveiebringe linjer med en bredde på 2-10 pm, en tykkelse på 3-7 pm og med en toleranse i bredden på ±0,5 pm, hvor forbedringen i forhold til kjent teknikk er i størrelsesorden av 20 ved reduksjon av bredden på linjene og i en størrelsesorden av 10 ved reduksjon av toleransen i bredden til samme linjer. Det skal bemerkes at slike linjer er tilnærmet svært like de teoretiske konstruerte verdiene. Videre at det er mulig å tilveiebringe linjer som er svært tett opptil hverandre og at det kan spares mye av metallmengden, som ved anvendelse av gull naturligvis gir betydelig økonomiske innsparinger. Bearbeidelsestiden er også avkortet noe som medfører en ytterligere reduksjon i fremstillingskostnadene.

Claims (31)

1. Fremgangsmåte for å tilveiebringe tynnfilmlinjer ved fotolitografi av tykk resist og påfølgende galvanisk selektiv vekst av metaller, karakterisert ved at slik tykk resist tilveiebringes ved avsetning av et første polyamidsjikt (3a) på en isolasjonsbærer (1) fulgt av en første herdesyklus og en suksessiv avsetning av et andre polyamidsjikt (3) fulgt av en andre herdesyklus.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det første (3a) og det andre (3b) polyamidsjiktet danner et homogent og jevnt polyamidsjikt (3).

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at tykkelsen på det første (3a) og det andre (3b) polaymidsjiktet gjøres slik at det er mellom 2 og 5 pm og at den første og andre herdesyklusen innbefatter en første fase på omkring 2 timer ved hvilken hhv. det første (3a) og det andre (3b) polyamidsjiktet bringes til en temperatur mellom 120 og 150" C og en andre fase på omkring 2 timer ved hvilken hhv. det første (3a) og det andre (3b) polyamidsjiktet bringes til en temperatur mellom 170 og 220 'C.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at som polyamidsjikt (3) anvendes et med en tykkelse på mellom 4 og 10 pm.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at polyamidsjiktet (3) dekkes med et metallisk sjikt (4), at det metalliske sjiktet (4) dekkes av et fotofølsomt lakksjikt (5), at det fotofølsomme lakksjiktet (5) utsettes for ultrafiolett lys gjennom en metallisk maske, at det fotofølsomme lakksjiktet (5) fremkalles slik at det dannes noen utsparinger (6) og at også i det metalliske sjiktet (4) dannes utsparinger (6).

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at forhøyningene (6) dannes med en bredde mellom 2 og 10 pm.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at det polyamide sjiktet (3) etses med oksygengassplasma i en første på forhånd fast tid.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at etsingen med oksygenplasma foregår ved et høyt trykk og ved en eksiteringsenergi med lav tetthet.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at det anvendes en oksygengassplasma med trykk mellom 4 og 8 mbar og at eksiteringsenergien er mellom 2 og 7 W/cm^.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at som første på forhånd fast tid anvendes en tid mellom 5 og 10 pm.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at ved tørkeetsing fremstilles i polyamidsjiktet (3) noen utsparinger (6) med vegger (7) nesten vertikale og med en toleranse mellom ±0,5 og ±1 pm.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11, karakterisert ved at ved utsparingene (6) tilveiebringes ved en selektiv galvanisk avsetning av metallinjer (8) vegger (9) nesten vertikale og med en toleranse mellom ±0,5 og ±1 pm.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert ved at linjene (8) dannes med en bredde mellom 2 og 10 pm og en tykkelse mellom 3 og 7 pm.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert ved at som metall anvendes gull.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert ved at som metall anvendes sølv.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert ved at som metall anvendes kobber.

17. Fremgangsmåte ifølge krav 5 og 12, karakterisert ved at det metalliske sjiktet fjernes og at det polyamide sjiktet (3) etses ved hjelp av oksygengassplasma i en andre på forhånd fast tid.

18. Fremgangsmåte ifølge krav 17, karakterisert ved at etsingen med oksygengassplasma foregår ved en høy temperatur og ved en eksiteringsenergi av lav tetthet.

19. Fremgangsmåte ifølge krav 18, karakterisert ved at det anvendes oksygengassplasma med et trykk mellom 4 og 8 mbar og en eksiteringsenergi med lav tetthet mellom 2 og 7 W/cm^.

20. Fremgangsmåte ifølge krav 17, karakterisert ved at som andre på forhånd fast tid anvendes en tid mellom 5 og 10 minutter.

21. Fremgangsmåte ifølge krav 17, karakterisert ved at etter det andre på forhånd faste tidsintervallet fortsetter etsingen i en tredje på forhånd fast tid erstattende oksygengassplasma med argongass.

22. Fremgangsmåte ifølge krav 21, karakterisert ved at erstatningen av oksygengassplasma med argongass bevirkes uten å bryte vakuumet.

23. Fremgangsmåte ifølge krav 21, karakterisert ved at etsingen med argongass i den tredje på forhånd faste tiden foregår ved lavt trykk og ved en eksiteringsenergi av høy tetthet.

24. Fremgangsmåte ifølge krav 23, karakterisert ved at det anvendes argongass med et trykk mellom 2 x 10" ^ og 4 x 10"^ mbar og at argongassens eksiteringsenergi er mellom 9 og 15 W/cm^.

25. Fremgangsmåte ifølge krav 21, karakterisert ved at som den tredje på forhånd faste tiden anvendes en tid mellom 5 og 10 minutter.

26. Metalliske tynnfilmlinjer av høy tykkelse, karakterisert ved at de har sidevegger (9) som er nesten vertikale.

27. Tynnfilm ifølge krav 26, karakterisert ved at side-veggene (9) har en toleranse i bredden mellom ±0,5 og ±1 pm.

28. Tynnfilm ifølge krav 26, karakterisert ved at den har en bredde mellom 2 og 10 pm og en tykkelse mellom 3 og 7 pm.

29. Tynnfilm ifølge krav 26, karakterisert ved at den er av gull.

30. Tynnfilm ifølge krav 26, karakterisert ved at den er av sølv.

31. Tynnfilm ifølge krav 26, karakterisert ved at den er av kobber.