DE1521800A1

DE1521800A1 - Verfahren zur Herstellung von Mustern nach dem Photoaetzverfahren

Info

Publication number: DE1521800A1
Application number: DE19661521800
Authority: DE
Inventors: Reimer Arnold Edward; Bertelsen Bruce Irving
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1965-08-30
Filing date: 1966-08-02
Publication date: 1969-10-16
Also published as: FR1489274A; US3476561A; GB1145987A

Description

PATENTANWALT DIPL.-ING. H. E. BÖHMER

703 BOBLINGEN SINDELFINGER STRASSE 49 FERNSPRBCHEn (07031) 6613040

Böblingen, 28. Juli 1966

Wl-OC

Anmelderin:

International Business Machines Corporation, Armonk, N. Y. 10 504

Amtliches Aktenzeichen:

Aktenzeichen der Anmelderin:

Neuanmeldung Docket 14 174

Verfahren zur Herstellung von Mustern nach dem Photoätzverfahren

Beim Ätzen einer Oberfläche wird gewöhnlich die betreffende Fläche mit einem gegen das Ätzmittel unempfindlichen Material überzogen und dieses sodann an denjenigen Stellen entfernt, an denen die Fläche geätzt werden soll. Beim Photoätzen ist der Überzug lichtempfindlich; nach dem Belichten körinen sodann die belichteten Bereiche in einem Entwicklungsvorgang entfernt werden. Für derartige photogeätzte Bereiche kommen auch sehr feine Muster infrage, und die Belichtung derartiger sehr feiner Muster mit zahlreichen Details ist verhältnismäßig einfach, wenn das ursprüngliche Muster als Vorlage in wesentlich größeren Abmessungen ausgeführt ist. Dementsprechend wird das Photoätzverfahren beispielsweise bevorzugt angewendet bei sehr dünnen Metallfilmen zur Herstellung einer bestimmten Anordnung magnetischer Elemente als magnetischer Informationsspeicher.

Bei der Herstellung derartiger sehr feiner Muster nach dem Photoätzverfahren, beispielsweise derartiger dünner Filme, können erhebliche Schwierigkeiten auftreten, wenn als Folge von Verunreinigungen der Oberfläche oder der Luft, z.B. feinster Staubpartikel, Störungen auf dem

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optisch übertragenen Muster in Erscheinung treten. Solche Staubpartikel bewirken nämlich bei der Übertragung des Musters auf die zu ätzende Fläche die Entstehung von kleinsten Punkten, die die Größe eines Stecknadelkopfes haben oder noch kleiner sind und in dieser Größenordnung mit einzelnen Punkten oder Bereichen des beabsichtigten Musters übereinstimmen. Der gleiche Effekt, nämlich das Auftreten derartiger ungewollter Punkte auf der zu ätzenden Fläche, kann auch auftreten, wenn sich derartige Staubpartikel auf dem Ausgangsmuster befinden, das als Vorlage für die Belichtung der zu ätzenden Fläche dient, auf dem Objektiv der optischen Übertragungseinrichtung oder in der Luft zwischen Objektiv und zu belichtender Fläche.

Bei bekannten Photoätzverfahren ist es üblich, mit Hilfe mehrererVerfahrensschritte von einem vorgegebenen Muster das neue, auf die zu ätzende Fläche aufzubringende Muster zu bilden, und bei jedem dieser Verfahrensschritte besteht die Gefahr der Bildung unbeabsichtigter Punkte auf dem entstehenden Muster. Außerdem kann auch die Oberfläche des Abdeckmittels, nämlich des gegen das Ätzmittel unempfindlichen, jedoch lichtempfindlichen Resists, winzige Schmutzteilchen enthalten, die eine Beeinflussung des Musters zur Folge haben. Weiterhin können besonders starke Unregelmäßigkeit in der Fläche zur Bildung von solchen störenden Punkten beitragen, wie auch Kratzer in der Schicht und andere Beschädigungen, die durch die Handhabung entstehen können. Alle diese Möglichkeiten kommen als Ursache für eine Verfälschung des gewünschten Musters in Betracht, so daß beispielsweise bei Magnetschichtspeichern die magnetische Charakteristik stark verfälscht oder zerstört sein kann.

Man hat versucht, diese Störungen zu verringern, indem man beispielsweise die Deckschicht,gefärbt hat, um unbeabsichtigte Punkte im Muster mit Hilfe des Mikroskops leicht erkennen zu können. Dieses Prüfverfahren ist jedoch, wie ohne weiteres ersichtlich ist, sehr zeitraubend und teuer.

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Eine weitere Möglichkeit der Abhilfe ist das völlige Freihalten des gesamten Arbeitsraumes von Staub. Auch dies ist aber bekanntlich nur mit sehr hohem Aufwand durchzuführen und muß daher als unwirtschaftlich angesehen werden.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden mit einem wesentlich geringerem Aufwand diese Störeinflüsse bei der Erstellung von Mustern nach dem Photoätzverfahren weitgehend vermieden. Das Verfahren nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet daß zur Beschichtung der zu ätzenden Platte o. ä. von dem vorgegebenen Muster mindestens zwei Kopien (z. B. Negative) unabhängig voneinander angefertigt werden, von denen wiederum eine Folge von mindestens je zwei Bildern (z. B. Positiven) hergestellt wird, die ihrerseits, z.B. paarweise, so überlagert werden, daß, z.B. je zwei, aus unabhängig voneinander hergestellten, an sich gleichen Bildern entstandene Muster überlagert werden, wobei die einzelnen Flächen und die Übertragungseinrichtung vor jedem Übertragungsvorgang gereinigt werden«

Dieses Verfahren beruht also auf dem Prinzip, die insbesondere als "Löcher" oder "Inseln" auftretenden Störungen im Muster von Stufe zu Stufe durch Überlagerung von unabhängig voneinander hergestellten Musterkopien auszuschalten. Der Reinigungsvorgang vor jeder Übertragung bedarf somit keines besonderen Aufwandes, sondern kann in der üblichen Weise durchgeführt werden. Die Zwischenreinigung hat nämlich lediglich den Zweck, eine zu große Anhäufung von Staub zu verhindern und die Lage der vorhandenen Staubpartikel regelmäßig so zu verändern, daß bei der Erstellung der Kopien die vorhandenen Staubpartikel jeweils eine andere Lage haben.

Das erfindungsgemäße Verfahren basiert somit darauf, daß die Lage einzelner Staubpartikel auf dem Resist, auf dem Objektiv oder in der Luft zwischen Resist und Objektiv bei zwei verschiedenen Übertragungsvorgängen

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mit äußerst hoher Wahrscheinlichkeit eine andere ist. Befindet sich somit in der geschlossenen Fläche eines Negativs an einer bestimmten Stelle ein Loch und in der gleichen Fläche eines anderen Negativs an einer anderen Stelle ein weiteres Loch, so wird keines dieser Löcher auf der mittels Überlagerung dieser beiden Negative belichteten Fläche in Erscheinung treten. Der gleiche Effekt ist erzielbar, wenn auf zwei Flächen mit dem gleichen Muster auf einer an sich freien Fläche Inseln an verschiedenen Positionen auftreten, beispielsweise als Folge von Staubpartikeln bei der Belichtung. Handelt es sich dabei um ein positives Bild, so wird durch Übertragung auf ein Negativ jede dieser Inseln nunmehr als Loch in einer geschlossenen Fläche erscheinen, und jedes der Löcher wird wegen der unterschiedlichen Lage auf der Fläche nicht auf die zu ätzende Fläche übertragen.

Das Verfahren gemäß der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung der verschiedenen Verfahrensschritte bei der Übertragung eines vorgegebenen Musters auf eine zu ätzende metallische Platte, wobei Pfeile die einzelnen Übertragungsvorgänge anzeigen, und

Fig. 2 ist eine schematische Schnittansicht der in Fig. 1 dargestellten Teile und dient zur Erläuterung der Entstehung und Beseitigung von Störeinflüssen während der einzelnen Übertragungsvorgänge entsprechend den V erfahrene schritten.

Gemäß dem ersten der vier in Fig. 1 gezeigten grundsätzlichen Verfahrensschritte wird ein Muster 12, bestehend aus Linien 13 und freien Flächen 14, von Hand gezeichnet. Die Linien 13 sind durch eine dunkle und die Bereiche

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14 durch eine helle Fläche gekennzeichnet. Diese hellen und dunklen Zonen können somit als binäre Werte in einem definierten Muster angesehen werden. Im Hinblick auf die folgenden V erfahr ens schritte wird das Muster 12 erstes Muster genannt. Dieses so gezeichnete erste Muster kann jedoch nicht direkt in optischen Systemen verwendet werden.

Zum Zwecke der unmittelbaren Verwendbarkeit in einem optischen System wird das Muster 12 in Schritt 2 photographiert, so daß man eine negative Transparenz erhält. Gemäß Fig. 1 werden zwei solcher Zwischenmuster 16, 17 hergestellt. Das hierzu verwendete· Aufnahmegerät wird vor der Herstellung jedes der Negative 16, 17 gereinigt, und zwar nur in dem Umfang, daß die vorhandene Staubmenge gering gehalten und der willkürlich verteilte Staub neu verteilt wird. Damit ist mit großer Wahrscheinlichkeit ausgeschaltet, daß bestimmte Staubpartikel sich nach dem Reinigungsprozeß an derselben Stelle des Negativs befinden wie vorher.

Gemäß Schritt 3, der zweckmäßig, jedoch nicht notwendig ist, werden von den Negativen 16, 17 Metallmuster hergestellt, die dauerhafter und insbesondere dann zu bevorzugen sind, wenn dasselbe Muster häufig verwendet werden soll. Das Metallmuster befindet sich nun auf einer Metallplatte 25 bzw. 26, die auf einer Glasplatte 27 bzw. 28 aufliegt. Für die Metallplatte wird ätzbares, dauerhaftes und nichttransparentes Material verwendet, während das Glas für die Platte 27 bzw. 28 transparent, mechanisch stabil und gegen Ätzung unempfindlich ist.

Jede Platte 25, 26 hat zwei gegen Ätzung unempfindliche, jedoch gegen Photobelichtung empfindliche Schichtplatten 30 und 31 bzw. 32 und 33, im folgenden Resists genannt. Wie die Pfeile andeuten, wird jeder der Resists 30, 31, 32 und 33 von einem der Negative 16 oder 17 belichtet. In bekannter Weise wird ein Resist auf der Oberfläche des zu ätzenden Materials gebildet,

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die Oberfläche des Resists wird gereinigt und zum Bild des Negativs 16 oder 17 belichtet; anschließend werden die Resists einzeln oder zusammen entwickelt wobei die unbelichteten Zonen entfernt werden.

Gemäß Schritt 4 wird nun das Muster auf eine Platte 35 übertragen, die sich auf einer Unterlage 36 befindet. Die zur Platte 35 gehörigen beiden Resists 38 und 39 entstehen in der gleichen Weise wie die vorher genannten Resists 30 bis 33, und jeder der beiden Resists 38 und 39 wird nach dem Muster einer der beiden Metallplatten 25 bzw. 26 hergestellt. Dies erfolgt im wesentlichen in der gleichen Weise wie die Herstellung der Resists 30 bis 33 zu den Negativen 16 und 17 bei Schritt 3. Bei jedem der einzelnen, in Fig. 1 dargestellten Schritte besteht nun die Gefahr, daß Fehler vom vorhergehenden Muster übernommen werden und daß zusätzlich neue Fehler auftreten. Die Verringerung dieser Fehlermöglichkeiten werden nun anhand von Fig. 2 erläutert, in der ein Ausschnitt von jedem der inFig. 1 gezeigten Teile dargestellt ist, und zwar ein bestimmter Abschnitt einer dunklen Linie 13 mit den benachbarten hellen Flächen 14 des Musters 12 gemäß Schritt 1 in Fig. 1. In bestimmten Zonen der lichtempfindlichen Negative und Resists sind Staubpartikel und kleine Löcher eingezeichnet, und gestrichelte Linien zeigen die Übertragung von Fehlern von einem Schritt zum anderen bis zu ihrer Korrektur.

Im Negativ 16 befindet sich beispielsweise ein durchsichtiger Punkt 40., der bei der Übertragung des Musters 12 durch ein Staubpartikel 41 im Negativ entstanden ist. Im Negativ 17 befindet sich ein Loch 42 in einer Zone, die belichtet worden war und nicht transparent sein sollte. Das Loch 40 im Negativ 16 ist also vom Zustand der Umgebung abhängig und somit willkürlich entstanden. Das Loch 42 im Negativ 17 dagegen hat seine Ursache im ersten Muster 12 und ist somit willkürlich, jedoch nicht reorientierbar. Der Effekt beider Löcher 40 und 42 ist dennoch der gleiche, indem die Abbilder dieser Muster wiederum Löcher aufweisen, unabhängig davon,

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ob sie durch umgebungsbedingte Faktoren oder durch mediumbedingte Faktoren entstanden sind.

Der in Schritt 3 verwendete Resist ist positiv in seinem. Ansprechen auf Licht dargestellt, d. h., belichtete Zonen werden durch die Entwicklung entfernt. Daher verursacht das Loch 40 im Negativ 16 ein Loch 45 im Resist 31 und ein Loch 46 an der gleichen Position im Resist 32. Entsprechend verursacht das Loch 42 Löcher 47 und 48 in den Resists 30 und 33. Außerdem können weitere zusätzliche Löcher auftreten, wie z.B das Loch 50 im Re sist 30, weil sich im Resist 30 Staub befunden hat oder aus anderen Gründen. Zusätzliche Löcher dieser Art treten, wie Fig. 2 zeigt, an willkürlichen und voneinander unabhängigen Stellen in den benachbarten Resists 30, 31 und 32, 33 auf, und die geringe Anzahl dieser Löcher zeigt eine äußerst geringe Wahrscheinlichkeit, daß eines dieser Löcher mit einem anderen, auf dem daraufliegenden Resist befindlichen fluchtet und somit die Platte 25 bzw. 26 belichtet wird.

Weiterhin stören Staubpartikel 51, 52, 53 und 54 die Belichtung der Resists bei der Durchführung von Schritt 3. Da diese Resists positiv sind, verursachen diese Staubpartikel, daß sich kleine Resistinseln bilden, und diese Inseln verursachen weitere entsprechende Inseln in dem Muster der Metallplatte 25 oder 26. Vor der Belichtung eines Resists werden das Negativ, der Resist und die zugehörige Einrichtung gereinigt. Obwohl daher das Staubpartikel 51 eine Insel 56 im Resist 31 und auf der Platte 25 bewirkt, befindet es sich nicht so lange an der gleichen Stelle, daß sich dort im Resist 32 und auf der Platte 26 an der gleichen Stelle eine Insel bilden könnte. Auf ähnliche Weise ruft das Staubpartikel 52 eine Insel 57 hervor, wenn der Resist 32 nach dem Negativ 16 belichtet wird, das Staubpartikel 53 bildet eine Insel 58 auf der Platte 25, wenn der Resist 30 nach dem Negativ 17 belichtet wird, und schließlich bildet das Staubpartikel 54 eine Insel 59 auf der

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Platte 26, wenn der Resist 33 nach dem Negativ belichtet wird.

In Schritt 4 werden negative Resists 38 und 39 verwendet. Daher bewirkt das Staubpartikel 61 ein Loch 62 in der Resistschicht 38, die von einem störungsfreien Bereich der Resistschicht 39 bedeckt ist. Die Inseln 56 und 58 des Musters in der Platte 25 bewirken Löcher 63 und 64 im Resist 39, und die Inseln 57 und 59 sind die Ursache für die Löcher 65 und 66 in der Schicht 38. Da somit die Inseln 56 und 58 der Platte 25 völlig unabhängig von der Lage der Inseln 57 und 59 in der Platte 26 auftreten, besteht nur eine äußerst geringe Wahrscheinlichkeit, daß zwei von ihnen miteinander ausgerichtet sind, wenn der folgende fünfte Schritt durchgeführt wird.

Im letzten Schritt wird demnach jeder bisher aufgetretene Fehler beseitigt, obwohl in einigen der bisherigen Schritte sowohl Löcher als auch Inseln auf den Resists aufgetreten sind und in einigen Fällen solche Fehler von einem Schritt zum anderen mit übertragen wurden.

Die Verwendung der beiden Resists 38 und 39 beim letzten Verfahrens schritt ermöglicht es somit, wenn keine zu große Häufung von Fehlerstellen vorhanden ist, die vorher aufgetretenen Löcher und Inseln zu eliminieren. Ein optimales Ergebnis wird erzielt, wenn ein positiver bzw. negativer Photowiderstand benützt wird, bei dem der wesentlichste Störfaktor aus der Umgebung, also insbesondere ein Staubpartikel, als Loch auftritt. Aus diesem Grund muß das Muster des vorhergehenden Schrittes, nämlich auf den Platten 25 und 26, ein Positiv oder Negativ sein, und zwar abhängig davon, ob der größte Fehler in diesem Muster als Insel oder als Loch auftritt, mit dem Ergebnis, daß die größte Fehlerstelle beim letzten Schritt als Loch in Erscheinung tritt.

Da bei dem beschriebenen Verfahren jedes einzelne Negativ nur ein

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einziges Mal belichtet wird, kann die Auswahl, ob in den einzelnen Schritten ein Positiv.oder ein Negativ verwendet wird, für das Ergebnis von Bedeutung sein. Zur Erläuterung hierfür sei folgendes Beispiel angenommen: Die bei Schritt 3 hergestellte Platte 25 sei als Endprodukt der mit dem vorgegebenen Muster zu versehene Gegenstand, so wäre es vorteilhaft, im vorhergehenden Schritt 2 die Negative 16 und 17 mit den Löchern 40 bzw. 42 aufeinander zu legen oder eine doppelte Belichtung vorzunehmen, um die Auswirkungen der Staubpartikel 51 und 53 zu beseitigen. Die Resists 30 und 31 wären dann negativ, so daß bei auftretenden Staubpartikeln Löcher entstehen, und die Muster 16 und 17 wären demnach bevorzugt positiv auszubilden.

In einem Schritt mit doppelten Einzelschichtmustern, wie z.B. Schritt 2, sind die wesentlichsten Fehler, die durch den Reinigungsvorgang nicht reorientiert werden können, wie im Beispiel die Löcher 40 und 42, vorwiegend derart, daß sie beim nächsten Schritt Löcher verursachen. Löcher können aber beim nächsten Schritt entfernt werden, während Inseln vor dem übernächsten Schritt, währenddessen sie die Bildung von nicht ausgerichteten Löchern verursachen, nicht eliminiert werden können. Um also die Inseln beim nächsten Schritt nicht ausgerichtet zu erhalten, dürfen sie nur willkürlich reorientierbaren Punkten entsprechen. Insbesondere Löcher in den Negativen 16 und 17 mit einem negativen Photowiderstand im Schritt 3 würden ausgerichtete Inseln in den Platten 25 und 26 hervorrufen, die dann auf der Platte 35 als Löcher auftreten würden.

Das Prinzip des beschriebenen Verfahrens beruht also darauf, daß doppelschichtige Resists keine miteinander ausgerichteten Löcher aufweisen, da solche miteinander fluchtenden Löcher in den Resists 38 und 39 (Schritt 4) ein Loch in der Platte 35 zur Folge haben würden und weiterhin ausgerichtete Löcher in den Resists 30 und 31 bzw. 32 und 33

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(Schritt 3) ein Loch in der Platte 25 bzw. 26 und demnach eine Insel in der Platte 35 bewirken würden. Es können aber auch aufgrund von Fehlern in den Platten 25 und 26 von den Resists unabhängige Löcher auftreten.

In bestimmten Anwendungen kann es vorteilhaft sein, die Anzahl der < Löcher beim letzten verwendeten Re sist zu verringern, indem man einen Teil der vorhandenen Fehler als Inseln und nicht als Löcher in Erscheinung treten läßt, wie z. B. bei Dünnfilm-Magnetspeichern, bei denen ein Loch ein Bit zerstören kann, während Inseln keine besonderen Schwierigkeiten bereiten. Wird z. B. im Schritt 4 ein positiver Resist verwendet, so hat der bei Schritt 4 auftretende Staub Inseln im Resist und in der Platte 35 zur Folge. Aus den genannten Gründen kann solchen Inseln gegenüber Löchern der Vorzug zu geben sein.

Mit manchen Materialien ist es möglich, eine Resistschicht positiv und die andere negativ zu machen. Bei zwei verschiedenen Resisttypen erscheinen miteinander ausgerichtete Löcher oder Inseln in den beiden vorhergehenden Mustern als Inseln und nicht als Löcher.

Es kann also, je nachdem, ob beim Endprodukt einer geringen, unvermeidbaren Anzahl von Löchern oder von Inseln der Vorzug gegeben wird, die Aufeinanderfolge von positiven und negativen Resists entsprechend den Gegebenheiten gewählt werden.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung von Mustern nach dem Photoätzverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beschichtung der zu ätzenden Platte o. ä. von dem vorgegebenen Muster mindestens zwei Kopien (z.B. Negative) unabhängig voneinander angefertigt werden, von denen wiederum eine Folge von mindestens je zwei Bildern (z.B. Positiven) hergesteilt wird, die ihrerseits, z.B. paarweise, so überlagert werden, daß, z. B. je zwei, aus unabhängig voneinander hergestellten, an sich gleichen Bildern entstandene Muster überlagert werden, wobei die einzelnen Flächen und die Übertragungseinrichtung vor jedem Übertragungsvorgang gereinigt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Beschichtung z.B. einer metallischen Platte zu überlagernden, gemäß dem übertragenen Muster belichteten und entwickelten Schichten als positive oder negative Photoresists ausgebildet sind.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die aufeinanderfolgenden Verfahrensschritte Negative und/oder Positive bzw. Negativresists und/oder Positivresists verwendet werden und daß die Anzahl der Schritte und die Ausbildung der Resists in Abhängigkeit von der Art des Erzeugnisses dementsprechend so gewählt werden, daß die durch Staubpartikel und andere Unregelmäßigkeiten in der Luft oder auf der Schicht entstandenen Musterstörungen, soweit sie auf das/atzende Erzeugnis unvermeidbar übertragen werden, entweder als Löcher oder als Inseln erscheinen.

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