DE3401963C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Präzisionsflachteilen, mit einem einseitig metallisier­ ten, lichtdurchlässigen Schichtträger, wobei in der Me­ tallisierung photolithographisch und ätztechnisch ein gewünschtes Flachteilbild erzeugt und die metallisierte Schichtträgerseite mit Photoresist beschichtet wird.

Ein derartiges Verfahren zur Herstellung von Präzisions­ flachteilen ist aus der DE-PS 28 28 625 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird zunächst in der einseitig aufgebrachten Metallisierung eines lichtdurchlässigen Schichtträgers photolithographisch und ätztechnisch ein gewünschtes Flachteilbild erzeugt. Die metallisierte Seite des Schichtträgers wird dann mit Photoresist be­ schichtet, worauf dieses Photoresist durch den Schicht­ träger hindurch belichtet wird. Nach dem Entwickeln des Photoresists werden die nicht mehr mit Photoresist be­ deckten Räume durch galvanische Metallabscheidung ausge­ füllt.

Obwohl mit dieser Technik unterschiedliche Flankenformen der Flachteilkanten machbar sind, ist es bisher nicht möglich, gestufte Flanken zu erzeugen. Dies wird jedoch häufig benötigt, etwa für Löcher mit sprunghafter Durch­ messeränderung. Beispiele sind Düsen oder Verteilerplatten mit Locherweiterungen für die Zuführungen (zum Beispiel Fig. 1) oder Blenden, die an der Lochkontur relativ dünn sein sollen, aus Stabilitätsgründen insgesamt aber dicker sein müssen (zum Beispiel Fig. 2). Ein ähnliches Beispiel zeigt die in der DE-PS 28 54 822 beschriebene Düsenplatte für Tintenstrahldrucker.

Gestufte Flanken bzw. abgesetzte Fensteröffnungen bei Flachteilen werden bisher wie folgt realisiert:

• a) Galvanischer Aufbau mit Hilfe einer Photoresiststruk­ tur auf einem Trägerblech und partielles, der galva­ nischen Struktur zugeordnetes Entfernen (Ätzen) des Trägers.
• b) Herstellen der Photoresiststruktur für eine galvani­ sche Abformung durch Aufbringen und Belichten des Photoresists in zwei Schritten unter Verwendung zweier, von der Strukturgröße her unterschiedlicher Belich­ tungsmasken mit einer abschließenden Entwicklung des Schichtenverbunds (vgl. US-PS 42 46 076).
• c) Galvanischer Aufbau mit Hilfe einer ersten photoresist­ struktur, Aufbringen einer zweiten Photoresistschicht, die maßlich unterschiedlich zur ersten strukturiert wird und Fortsetzen des galvanischen Aufbaues wie in der DE-PS 28 54 822 beschrieben.

Die Möglichkeit a) hat den Nachteil, daß ätztechnisch nicht die hohe maßliche Qualität von galvanoplastisch er­ zeugten Teilen erreicht wird. Mit den Techniken b) und c) erhält man nicht die hohe Resistauflösung der "Masken- Substrattechnik" nach DE-PS 28 28 625. Beim Verfahren c) ist die Metallabscheidung in zwei Schritten häufig mit Schwierigkeiten bei Haftung und Abscheidungsgleichmäßig­ keit verbunden.

Bei allen drei bekannten Techniken müssen zwei unter­ schiedliche Masken genau zueinander justiert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung gestufter Resist- und Flachteilflanken anzugeben.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, daß zur Erzeugung von gestuften Resist­ flanken ein negativ arbeitendes Photoresist durch eine aufgelegte und ausgerichtete Maske belichtet wird, an­ schließend eine zweite Photoresistschicht aufgebracht wird, die durch den als Maske dienenden bildmäßig me­ tallisierten Schichtträger belichtet wird und der Schich­ tenverbund entwickelt wird.

Eine weitere erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß zur Erzeugung von gestuften Resistflanken ein negativ arbeitendes Photoresist durch den als Maske dienenden Schichtträger belichtet wird, wobei sich auf dem Photo­ resist aufliegend oder in geringem, definiertem Abstand darüber, parallel zum Schichtträger, ein ebener UV- Lichtreflektor befindet, der einen Großteil des aus dem Photoresist austretenden Lichtes in die Schicht des Photo­ resists zurückreflektiert und durch definiertes Neigen des Schichtträger-Reflektor-Systems zur Lichtrichtung einsei­ tig eine Resistbestrahlung über die lichtdurchlässigen Flächen des Schichtträgers hinaus erfolgt, anschließend eine zweite Photoresistschicht aufgebracht und durch den bildmäßig metallisierten Schichtträger als Maske belich­ tet wird, wobei kein austretendes Licht reflektiert wird und der Schichtenverbund entwickelt wird.

Während die Verfahrensvariante I eine zweite Maske be­ nötigt, die zur ersten (dem Schichtträger) justiert werden muß, kommt man bei Variante II mit nur einer Maske (dem Schichtträger) aus. Bei geometrisch richtiger Anordnung von Substrat, Drehachse und Reflektor zur Lichtrichtung ergibt sich ein selbstjustierendes Belichtungssystem, das in jeder Richtung Resiststufen konstanter Abmessung und im Spezialfall rotationssymmetrische Strukturen garan­ tiert.

Bei beiden Verfahrensvarianten bleibt in einem Teil der gestuften Resistflanke die hohe Qualität der "Masken- Substrattechnik" erhalten. Er bildet bei Fensteröffnungen die Innenkontur, deren Größe, Form- und Genauigkeit in den meisten Anwendungsfällen besonders wichtig ist (Be­ dampfen, optisch Ausblenden).

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche 3 bis 8.

Die Erfindung wird anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Verteilerplatte im Schnitt,

Fig. 2 eine Blende im Schnitt,

Fig. 3 die Herstellung gestufter Resistflanken nach Variante I in drei Stufen,

Fig. 4 die Herstellung nach Variante II in drei Stufen,

Fig. 5 die Flachteiloberfläche bei gestuften Resist­ strukturen und

Fig. 6 eine mehrfach gestufte Resiststruktur.

Die Fig. 1 und 2 zeigen zwei Ausführungsbeispiele. In der Fig. 1 ist mit 1 eine galvanisch abgeschiedene Me­ tallfolie bezeichnet, in die eine Verteilerstruktur 2 eingebracht ist. Die Zuführung 3 versorgt die beiden Kanäle des Verteilers 2.

In der Fig. 2 ist die Metallfolie ebenfalls mit 1 be­ zeichnet. 4 kennzeichnet eine grobe Blendenöffnung. Die exakt definierte Öffnung 5 übernimmt die eigentliche Blendenfunktion.

Nach der Darstellung in der Fig. 3 ist auf ainem aus Glas bestehenden Schichtträger 6, der mit einer Metalli­ sierung 7 einseitig versehen wurde, in der Metallisierung photolithographisch und ätztechnisch das Flachteilmuster erzeugt. Die metallisierte Trägerseite wird mit einem ne­ gativ arbeitenden Photoresist 8 beschichtet und dieser durch eine aufgelegte und ausgerichtete Maske 9 über dem Resist auf herkömmliche Weise in Pfeilrichtung belichtet (Fig. 3a). In der Stufe 3b wird dann der partiell be­ lichteten Photoresistschicht 8 eine zweite Photoresist­ schicht 10 überlagert. Die Belichtung erfolgt durch den Schichtträger 6, der als Maske fungiert. Abschließend werden alle unbelichteten Resistteile mit Entwickler ent­ fernt. Die Fig. 3c zeigt die fertige Resiststruktur 11 mit gestuften Flanken.

In den Stufen a bis c der Fig. 4 ist die Variante II dargestellt. Wieder geht man von einem einseitig metalli­ sierten, lichtdurchlässigen Schichtträger 6 aus und er­ zeugt in der Metallisierung 7 das Flachteilmuster. Der aufgebrachte negativ arbeitende Photoresist 8 wird durch den Schichtträger 6 belichtet. Über der Resistoberfläche befindet sich entweder im direkten Kontakt oder in ge­ ringem, definiertem Abstand parallel zu ihr ein ebener UV-Lichtreflaktor 12. Bei der Belichtung durch den Schichtträger 6 mit Licht 13, dessen Richtung zum Träger geneigt ist, wobei die Metallisierung 7 wieder als Maske dient, wird ein Teil des Lichts 14 im Resist absorbiert, während ein anderer Teil 15 aus dem Resist austritt und am Reflektor 12 reflektiert wird. Wie aus der Figur a hervorgeht, wird ein Großteil des aus dem Resist austre­ tenden Lichts in den Resist zurückreflektiert. Durch de­ finiertes Neigen des Substrat-Reflektor-Systems zur Licht­ richtung erfolgt einseitig eine Resistbestrahlung über die metallfreien, lichtdurchlässigen Flächen des Schicht­ trägers hinaus. Zusätzliche Rotation um eine Normale des Schichtträgers 6 beim Belichten bewirkt einen gleichmä­ ßigen, belichteten Resistsaum auf der Metallisierung des Schichtträgers 6 längs ihrer Konturen. Die Breite des Saumes ist primär eine Funktion der Neigung des Schicht­ trägers 6 der Resistdicke und dem Abstand des Reflektors zur Resistoberfläche. Daneben spielen der Reflektionsgrad der Trägermetallisierung, die Belichtungsdosis und die Resistart wegen unerwünschter Reflektionen am Schicht­ träger 6 eine Rolle und schließlich auch die Brechzahl des Resists.

Nach der Darstellung in Fig. 4b wird nun eine zweite ne­ gativ arbeitende Photoresistschicht 10 auf die partiell belichtete Photoresistschicht 8 aufgebracht. Die zweite Belichtung erfolgt wieder durch den Schichtträger 6 mit Licht 16, dessen Richtung zum Substrat senkrecht ist. Da­ bei wird alles aus dem Resist austretende Licht absor­ biert.

Die Fig. 4c zeigt die fertige Resiststruktur 17 mit ge­ stuften Flanken nach dem Entwickeln.

Obwohl Photoresiststrukuren der beschriebenen Art grund­ sätzlich auch mit Flüssigresist (Photolack) erzeugt werden können, kommen praktisch für die zumeist erwünschten selbsttragenden, also relativ dicken Flachteile mit cha­ rakteristischen Flankenformen, besonders Trockenresists infrage.

Obwohl bei Belichtung der ersten Photoresistschicht die Resistauflösung durch Reflektionen an der Trägermetalli­ sierung gemindert wird, kann sie gegenüber der herkömm­ lichen Belichtung (durch eine auf den Photoresist gelegte Maske) deutlich erhöht werden.

Die Belichtungsdosis kann nämlich so kurz gehalten werden, wie sie zur Ausformung des Resiststrukturmantels gerade erforderlich ist, ohne Rücksicht auf Durchhärtung, das heißt Standfestigkeit der Resiststrukturen. Die dazu er­ forderliche, wesentlich höhere Dosis erhält der Struktur­ kern bei Belichtung der zweiten Photoresistschicht.

Beide vorgestellten Verfahrensvarianten verwenden einen negativ arbeitenden Photoresist. Besonders gut geeignet sind jedoch auch solche positiv arbeitenden Photoresists, bei denen durch Temperieren nach dem Belichten eine Prin­ zipumkehr (also Unlöslichkeit der belichteten Anteile) erreicht wird, weil positiv arbeitende Photoresists we­ niger auf geringe Lichtdosen ansprechen, wie sie durch Reflektion an der Trägeroberfläche auftreten. Besser de­ finierte Resistkonturen sind das Ergebnis.

Die Flankenform in der zweiten Photoresistschicht kann, wie in der DE-PS 28 28 625 beschrieben, durch Belichten mit geneigtem Schichtträger und/oder mit zusätzlicher Rotation variiert werden. Durch mehrfaches Belichten mit unterschiedlichen Neigungen der zweiten Photoresist­ schicht lassen sich zum Beispiel mehrarmige Resistfiguren auf einem Resistsockel erzeugen (Fig. 1). Komplizierte Resistfiguren entstehen, wenn bei Belichtung einer oder beider Photoresistschichten mit Rotation die Neigung des Schichtträgers zum Licht drehwinkelabhängig gewählt wird.

Fig. 5 zeigt die Besonderheit beim galvanischen Abformen von gestuften Resistflanken 11/17. Das abgeschiedene Me­ tall 18 wächst zunächst bis zur Höhe h an der Flanke der ersten Photoresistschicht 8 in die Höhe. Danach wächst es sowohl in die Höhe als auch seitlich über den waage­ rechten Teil der Stufe der ersten Photoresistschicht 8. Nach Überwachsen der gesamten Stufenbreite b erfolgt das Aufwachsen entlang der zweiten Photoresistschicht bis zur gewünschten Dicke in die Höhe. Wie aus der Fig. 5 zu er­ kennen ist, wächst das Metall nach Erreichen der ersten Resiststufe seitlich über den Resist an die Strukturteile aus der zweiten Photoresistschicht heran. Das Höhenwach­ stum über der Stufe verzögert sich dadurch. Auf diese Weise erhält die abgeschiedene Metallschicht an ihren Fensteröffnungen, und zwar an der dem Träger gegenüber­ liegenden Seite, einen trichterförmigen Einlauf 19. Da­ durch kann die gesamte Dicke d+a der Metallisierung die Gesamthöhe der Resiststruktur d übersteigen, ohne daß es zu einem Überwachsen kommt. Wie aus der Fig. 5 zu er­ sehen ist, entstehen Teile mit einseitig abgeflachten Kanten. Im Einzelfall kann dies von Vor- oder Nachteil oder auch gleichgültig sein. Es bewirkt jedoch, daß die Metallisierung über die Höhe der Resiststruktur aufgebaut werden kann. Die mögliche Überhöhung a ergibt sich aus Resistdicke, Stufanhöhe, Stufenbreite und der Abschei­ dungscharakteristik des Galvanikbades.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung zur Herstellung ge­ stufter Resiststrukturen können nach Variante I oder II oder durch Kombination beider Varianten auch zwei oder mehrere Stufen in der Resist, bzw. Flachteilflanke er­ zeugt werden. Die Fig. 6 zeigt eine entsprechende mehr­ fachgestufte Resiststruktur 20, die aus mehreren Photo­ resistschichten durch sinngemäße Anwendung der Prinzipien in den Fig. 3 oder 4 entstanden ist. Bei der Herstel­ lung einer entsprechenden Resiststruktur müssen dann drei oder mehr Photoresistbeschichtungs- und Belichtungsschrit­ te ausgeführt werden. Die letzte Stufe hat stets die hohe Definition des "Masken-Substratverfahrens".

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung von Präzisionsflachteilen, mit einem einseitig metallisierten lichtdurchlässigen Schichtträger, wobei in der Metallisierung photolitho­ graphisch und ätztechnisch ein gewünschtes Flachteilbild erzeugt und die metallisierte Schichtträgerseite mit Pho­ toresist beschichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung von ge­ stuften Resistflanken (11, 17, 20) ein negativ arbeiten­ des Photoresist (8) durch eine aufgelegte und ausgerich­ tete Maske (9) belichtet wird, anschließend eine zweite Photoresistschicht (10) aufgebracht wird, die durch den als Maske dienenden bildmäßig metallisierten Schicht­ träger (6) belichtet wird und der Schichtenverbund ent­ wickelt wird.

2. Verfahren zur Herstellung von Präzisionsflachteilen, mit einem einseitig metallisierten lichtdurchlässigen Schichtträger, wobei in der Metallisierung photolitho­ graphisch und ätztechnisch ein gewünschtes Flachteil­ bild erzeugt und die metallisierte Schichtträgerseite mit Photoresist beschichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung von ge­ stuften Resistflanken (11, 17, 20) ein negativ arbeiten­ des Photoresist (8) durch den als Maske dienenden bild­ mäßig metallisierten Schichtträger (6) belichtet wird, wobei sich auf dem Photoresist (8) aufliegend oder in ge­ ringem, definiertem Abstand darüber, parallel zum Schicht­ träger (6) ein ebener UV-Lichtreflektor (12) befindet, der einen Großteil des aus dem Photoresist (8) austreten­ den Lichtes (15) in die Schicht des Photoresists (8) zu­ rückreflektiert und durch definiertes Neigen des Schicht­ träger-Reflektor-Systems zur Lichtrichtung einseitig eine Resistbestrahlung über die lichtdurchlässigen Flächen des Schichtträgers (6) hinaus erfolgt, anschließend eine zweite Photoresistschicht (10) aufgebracht und durch den bildmäßig metallisierten Schichtträger (6) als Maske be­ lichtet (16) wird, wobei kein austretendes Licht reflek­ tiert wird, und der Schichtenverbund entwickelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß beim ersten Belichtungs­ vorgang eine zusätzliche Rotation um eine Normale des Schichtträgers (6) vorgenommen wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als negativ arbeiten­ des Photoresist (8) ein Trockenresist verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Minderung von Re­ flektionen an der Metallisierung des Schichtträgers (6) bei der Belichtung des ersten Photoresists (8) die Licht­ dosis so klein gehalten wird, daß sie gerade zur Ausfor­ mung der Mantelfläche ohne Rücksicht auf die Standfestig­ keit der Resiststruktur genügt.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß positiv arbeitende Photoresists verwendet werden, bei denen durch Temperie­ ren nach dem Belichten eine Prinzipumkehr erreicht wird.

7. Verfahren nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Flankenform (20) mehrfach gestuft ausbildet, indem man mehrere Photo­ resistschichten aufbringt und die einzelnen Schichten jeweils mit Masken unterschiedlicher Fensteröffnungen belichtet (Fig. 6).

8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sich die Flankenform mehrfach gestuft ausbildet, indem man mehrere Photore­ sistschichten aufbringt und die einzelnen Schichten jeweils durch den Schichtträger (6) mit unterschiedlicher Trägerneigung zum einfallenden Licht bestrahlt.