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DE19755712B4 - Verfahren zum Erzeugen von Stanzstempeln für gestanzte IC-Mikrostrukturen - Google Patents

Verfahren zum Erzeugen von Stanzstempeln für gestanzte IC-Mikrostrukturen Download PDF

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DE19755712B4 DE1997155712 DE19755712A DE19755712B4 DE 19755712 B4 DE19755712 B4 DE 19755712B4 DE 1997155712 DE1997155712 DE 1997155712 DE 19755712 A DE19755712 A DE 19755712A DE 19755712 B4 DE19755712 B4 DE 19755712B4
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Abstract

Verfahren zum Erzeugen von Stanzstempeln für gestanzte IC-Mikrostrukturen, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte umfasst:
a) Bereitstellen einer Maske (11) mit einer durchsichtigen Struktur (12) darauf, die der Form der zu stanzenden IC-Mikrostruktur entspricht;
b) Aufbringen einer Photolackschicht (14) auf ein Substrat (13);
c) Belichten der Photolackschicht (14) mittels einer Lichtquelle (15) durch die Maske (11), so dass die Lichtquelle (15) die Photolackschicht (14) durch die durchsichtige Struktur (12) in der Maske belichtet;
d) Entwickeln der belichteten Photolackschicht (14), um die der Lichtquelle ausgesetzte Photolackschicht (14) zu entfernen, um dadurch eine Photolack-Formplatteneinheit (17) zu bilden, die eine IC-Mikrostruktur-Umfangsvertiefung (16) besitzt;
e) Wiederholen der Schritte b) bis d), um eine Mehrzahl von identischen Photolack-Formplatteneinheiten (17) zu erzeugen;
f) Stapeln und Verbinden der Photolack-Formplatteneinheiten (17) über einem Substrat (18), so dass die in jeder der Photolack-Formplatteneinheiten geformten IC-Mikrostruktur-Umfangsvertiefungen (16) ausgerichtet sind und so eine tiefe IC-Mikrostruktur-Umfangsvertiefung...

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum Erzeugen von Stanzstempeln für gestanzte IC-Mikrostrukturen.
  • Ein herkömmliches Verfahren nach US 5,645,977 A , das photolithografische Techniken zum Erzeugen von Stanzstempeln von IC-Mikroteilen verwendet, mit dem Titel „Verfahren zum Herstellen von Gussformen zum Herstellen von Strukturen mit mehrfacher Verdrahtung", umfasst folgende Verfahrensschritte: Erzeugen einer Maske mit einer Struktur, die einer zu stanzenden IC-Mikrostruktur entspricht; Abscheiden einer Fotolackschicht auf einem Substrat; Belichten der Fotolackschicht mit Röntgenstrahlen oder UV-Licht zur Übertragung der Maskenstruktur auf die Fotolackschicht; Entwickeln des belichteten Fotolacks, um eine Plastikgussform herzustellen; Elektroplatieren der Plastikgussform mit einem Metall; und Entfernen der Plastikgussform zum Herstellen eines Stanzstempels, der die Form der herzustellenden IC-Mikrostruktur besitzt.
  • Jedoch ermöglicht ein solches aufwendiges Verfahren aufgrund der Belichtung durch Röntgenstrahlen oder UV-Strahlen durch eine Maske zum Entwickeln des Fotolacks nur die Herstellung einer relativ dünnen Metallform. Dieses herkömmliche Verfahren ist daher nur in der Lage, eine Metallform mit einer relativ geringen Dicke zu erzeugen, die die Anforderungen zum Herstellen von Stanzstempeln für IC-Mikrostrukturen nicht erfüllt.
    •
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verfahren zum Herstellen von Stanzstempeln für gestanzte IC-Mikrostrukturen zu schaffen, welche Stanzstempel, die hohe Genauigkeitsanforderungen für Mikrostrukturen erfüllen, effizient herstellen.
  • Diese Aufgabe wird entsprechend der vorliegenden Erfindung durch die in den beigefügten Patentansprüchen 1, 3 und 11 definierten Verfahren zum Herstellen eines Stanzstempels für gestanzte IC-Mikrostrukturen gelöst.
  • Durch die erfindungsgemäßen Verfahren können durch Herstellen, Stapeln und Verbinden von einzelnen Formplatten aus Fotolack in Verbindung mit Spritzgießen oder einer thermischen Druckformtechnik dicke Stanzstempel aus beispielsweise einer Metall- Keramik-Verbindung hergestellt werden, wobei die Stanzstempel die für IC-Mikrostrukturen erforderliche hohe Genauigkeit aufweisen, effizient herstellbar sind und für eine Massenherstellung geeignet sind.
    •
  • Die Verfahren zum Herstellen von Stanzstempeln für gestanzte IC-Mikrostrukturen nach der vorliegenden Erfindung werden im folgenden anhand verschiedener Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die in der Zeichnung beigefügten Figuren erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1A bis 1D verschiedene Schritte eines Herstellungsverfahrens eines Stanzstempels gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 2A bis 2E verschiedene Schritte eines Herstellungsverfahrens eines Stanzstempels gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 3A und 3B Ansichten eines dritten Ausführungsbeispiels gemäß vorliegender Erfindung;
  • 4A und 4B Ansichten eines vierten Ausführungsbeispiels gemäß vorliegender Erfindung;
  • 4C ist ein Querschnitt entlang der Linie 4C-4C der 4B, wobei die abgestufte Konfiguration einer einzelnen Stanzleitung gezeigt ist.
  • 4D ist ein Querschnitt entlang der Linie 4D-4D der 4C, wobei die in der Größe zunehmende oder abnehmende Anordnung einer einzelnen Stanzleitung gezeigt ist.
  • In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Herstellen von Stanzstempeln für gestanzte IC-Mikrostrukturen gezeigt. Das Verfahren umfaßt folgende Verfahrensschritte: die Verwendung von photolithographischen Techniken als Vorläuferverfahren einschließlich folgender Verfahrensschritte: Bereitstellen einer Maske 11 mit einer durchsichtigen Struktur 12 darauf, die der Form der zu stanzenden IC-Mikrostruktur entspricht; Aufbringen einer Photolackschicht 14, wie etwa Polymethylmethacrylat (PMMA), auf ein Substrat 13; Belichten der Photolackschicht 14 mittels einer Lichtquelle 15 durch die Maske 11, so daß die Lichtquelle 15 die Photolackschicht 14 durch die durchsichtige Struktur 12 in der Maske belichtet, wie in 1A gezeigt; Entwickeln der belichteten Photolackschicht 14, um die der Lichtquelle ausgesetzte Photolackschicht 14 zu entfernen, um dadurch eine Photolack-Formplatteneinheit 17 zu bilden (1B), die als weibliche Form dienen kann und eine IC-Mikrostruktur-Umfangsvertiefung 16 besitzt; Wiederholen der obigen Vorgänge, um eine Mehrzahl von identischen Photolack-Formplatteneinheiten 17 über einem Substrat 18 zu erzeugen; Einsetzen von Stiften 19 durch Ausrichtungslöcher 191, die in jeder der Photolack- Formplatteneinheiten 17 geformt sind, so dass die in jeder der Photolack-Formplatteneinheiten geformten IC-Mikrostruktur-Umfangsvertiefungen 16 ausgerichtet sind und so eine tiefe IC-Mikrostruktur-Umfangsvertiefung 161 (mit der fünffachen Tiefe wie die Tiefe einer einzigen Photolack-Formplatte 17 in dem Beispiel der 1C) bilden; und Elektroplatieren einer Metall-Keramik-Verbindung in die tiefe IC-Mikrostruktur-Umfangsvertiefung 161, wodurch nach dem Entfernen der gestapelten Photolack-Stempelplatten 171 ein Stanzstempel 10 aus einer Metall-Keramik-Verbindung, der als männliche Form verwendet werden kann und der die Form der zu erzeugenden IC-Mikrostruktur besitzt, erhalten wird.
  • Wie in 2 gezeigt, in der ein zweites Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Herstellen von Stanzstempeln für gestanzte IC-Mikrostrukturen dargestellt ist, umfasst dieses Verfahren folgende Verfahrensschritte: Herstellen einer Photolack-Formplatteneinheit 21 nach dem Verfahren des ersten Ausführungsbeispiels, wobei die Photolack-Formplatteneinheit 21 mit einer flachen IC-Mikrostruktur-Umfangsvertiefung 22 und Ausrichtungslöchern 231 geformt wird; Anordnen der Photolack-Formplatteneinheit 21 über einem Substrat 24 (wie in 2A gezeigt); Elektroplatieren einer Metall-Keramik-Verbindung in die flache IC-Mikrostruktur-Umfangsvertiefung 22, wodurch nach Entfernen der Photolack-Formplatteneinheit 21 ein dünner Stanzstempel 25 aus Metall-Keramik-Verbindung (siehe 2B) erzeugt wird, der als männliche Form dienen kann und die Form der herzustellenden IC-Mikrostruktur besitzt und Aus richtungslöcher 23 aufweist; Spritzgießen oder thermische Druckformen eines Plastikmaterials mittels des dünnen Stanzstempels 25 aus Metall-Keramik-Verbindung zum Erzeugen einer Mehrzahl von Plastik-Formplatteneinheiten 26 (wie in 2C gezeigt), die jeweils die identische IC-Mikrostruktur-Umfangsvertiefung 221 aufweisen; Stapeln und Verbinden der Plastik-Formplatteneinheiten 26 über einer Basisplatte 27 auf eine Weise, die der in dem ersten Ausführungsbeispiel gezeigten ähnlich ist; Einsetzen von Stiften 230 durch die in jeder der Plastik-Formplatteneinheiten 26 geformten Ausrichtungslöcher 231 so dass die in den Plastik-Formplatteneinheiten 26 geformten, flachen IC-Mikrostruktur-Umfangsvertiefungen 221 zueinander ausgerichtet sind, um eine tiefe IC-Mikrostruktur-Umfangsvertiefung 222 zu bilden (wie in 2D) gezeigt; und Elektroplatieren einer Metall-Keramik-Verbindung in die tiefe IC-Mikrostruktur-Umfangsvertiefung 222, wodurch nach Entfernen der gestapelten Plastik-Formplatte 261 ein dicker Stanzstempel 20 aus Metall-Keramik-Verbindung entsteht, der als männliche Form verwendet werden kann und die Form der zu erzeugenden IC-Mikrostruktur besitzt. Das zweite Ausführungsbeispiel legt ein effizienteres Verfahren zum Herstellen von Stanzstempeln offen, das Plastikspritzguss und Elektroplatieren einer Metall-Keramik-Verbindung in einem schnellen Herstellungsverfahren verwendet.
  • In 3 ist ein drittes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Herstellen von Stanzstempeln für gestanzte IC-Mikrostrukturen gezeigt. Das Verfahren umfasst folgende Verfahrensschritte: Spritzgießen oder thermisches Druckformen eines Plastikmateri als mit einem dicken Stanzstempel aus einer Metall-Keramik-Verbindung, der entsprechend dem ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel hergestellt worden ist, um eine Mehrzahl von Plastik-Formplatten 31 zu erzeugen, die als weibliche Formen dienen können (wie in 3A gezeigt), die jeweils eine identische, tiefe IC-Mikrostruktur-Umfangsvertiefung 33 aufweisen; Anordnen der Plastik-Formplatten 31 über einem Substrat 32; und Elektroplatieren einer Metall-Keramik-Verbindung in die tiefen IC-Mikrostruktur-Umfangsvertiefungen 33 zur Massenherstellung einer Mehrzahl von dicken Stanzstempeln 30 aus Metall-Keramik-Verbindung in der Form der herzustellen IC-Mikrostruktur.
  • In 4 ist ein viertes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Herstellen von Stanzstempeln für gestanzte IC-Mikrostrukturen gezeigt. Das Verfahren umfasst folgende Verfahrensschritte: Herstellen nach den in den 1A und 1B offengelegten Verfahren von Photolack-Formplatteneinheiten 41a bis 41d, die als weibliche Formen dienen können und IC-Mikrostruktur-Umfangsvertiefungen 42 mit in der Größe ansteigender Anordnung besitzen; Anordnen der Photolack-Formplatteneinheiten 41 über einem Substrat 45; Einsetzen von Stiften 43 in die in jeder der Photolack-Formplatteneinheiten 41a bis 41d geformten Ausrichtungslöcher 431, so dass die IC-Mikrostruktur-Umfangsvertiefungen der Photolack-Formplatteneinheiten 41a bis 41d untereinander ausgerichtet sind und eine abgestufte IC-Mikrostruktur-Umfangsvertiefung bilden (wie in 4A gezeigt); Elektroplatieren einer Metall-Keramik-Verbindung in die abgestufte IC- Mikrostruktur-Umfangsvertiefung, wodurch nach Entfernen der Photolack-Formplatten 41a bis 41d ein abgestufter Stanzstempel 40 aus Metall-Keramik-Verbindung entsteht, dessen Form der herzustellenden IC-Mikrostruktur entspricht (wie in 4B gezeigt). Wie in den 4C und 4D gezeigt, ist jede der Stanzleitungen 401 des abgestuften Stanzstempels aus Metall-Keramik-Verbindung mit einer abgestuften, schrittweise in der Größe zunehmenden oder abnehmenden Konfiguration geformt, um den vorgesehenen Stanzvorgang zu erleichtern.
  • Der abgestufte Stanzstempel aus Metall-Keramik-Verbindung kann weiterhin zum Herstellen einer Mehrzahl von Plastik-Formplatten mit einer abgestuften IC-Mikrostruktur-Umfangsvertiefung durch Spritzgießen oder thermische Pressformen eines Plastikmaterial verwendet werden, wobei die Plastik-Formplatten dann für die Massenproduktion von abgestuften Stanzstempeln aus einer Metall-Keramik-Verbindung mit der der herzustellenden IC-Mikrostruktur entsprechenden Form mit einer Metall-Keramik-Verbindung elektroplatiert werden.

Claims (14)

  1. Verfahren zum Erzeugen von Stanzstempeln für gestanzte IC-Mikrostrukturen, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte umfasst: a) Bereitstellen einer Maske (11) mit einer durchsichtigen Struktur (12) darauf, die der Form der zu stanzenden IC-Mikrostruktur entspricht; b) Aufbringen einer Photolackschicht (14) auf ein Substrat (13); c) Belichten der Photolackschicht (14) mittels einer Lichtquelle (15) durch die Maske (11), so dass die Lichtquelle (15) die Photolackschicht (14) durch die durchsichtige Struktur (12) in der Maske belichtet; d) Entwickeln der belichteten Photolackschicht (14), um die der Lichtquelle ausgesetzte Photolackschicht (14) zu entfernen, um dadurch eine Photolack-Formplatteneinheit (17) zu bilden, die eine IC-Mikrostruktur-Umfangsvertiefung (16) besitzt; e) Wiederholen der Schritte b) bis d), um eine Mehrzahl von identischen Photolack-Formplatteneinheiten (17) zu erzeugen; f) Stapeln und Verbinden der Photolack-Formplatteneinheiten (17) über einem Substrat (18), so dass die in jeder der Photolack-Formplatteneinheiten geformten IC-Mikrostruktur-Umfangsvertiefungen (16) ausgerichtet sind und so eine tiefe IC-Mikrostruktur-Umfangsvertiefung (161) bilden; und g) Elektroplatieren der tiefen IC-Mikrostruktur-Umfangsvertiefung (161), wodurch ein Stanzstempel (10), der die Form der zu erzeugenden IC-Mikrostruktur besitzt, erhalten wird.
  2. Verfahren zum Erzeugen von Stanzstempeln für gestanzte IC-Mikrostrukturen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die tiefe IC-Mikrostruktur-Umfangsvertiefung (161) mit einer Metall-Keramik-Verbindung elektroplatiert wird.
  3. Verfahren zum Erzeugen von Stanzstempeln für gestanzte IC-Mikrostrukturen, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte umfasst: a) Bereitstellen einer Maske (11) mit einer durchsichtigen Struktur (12) darauf, die der Form der zu stanzenden IC-Mikrostruktur entspricht; b) Aufbringen einer Photolackschicht (14) auf ein Substrat (24); c) Belichten der Photolackschicht (14) mittels einer Lichtquelle (15) durch die Maske (11), so dass die Lichtquelle (15) die Photolackschicht (14) durch die durchsichtige Struktur (12) in der Maske belichtet; d) Entwickeln der belichteten Photolackschicht (14), um die der Lichtquelle (15) ausgesetzte Photolackschicht (14) zu entfernen, um dadurch eine Photolack-Formplatteneinheit (21) zu bilden, die eine IC-Mikrostruktur-Umfangsvertiefung (22) besitzt; e) Elektroplatieren der flachen IC-Mikrostruktur-Umfangsvertiefung (22), wodurch ein dünner Stanzstempel (25) erzeugt wird, der die Form der herzustellenden IC-Mikrostruktur besitzt; f) Abformen des dünnen Stanzstempels (25) mittels Plastikmaterial zum Erzeugen einer Mehrzahl von Plastik-Formplatteneinheiten (26), die jeweils die identische IC-Mikrostruktur-Umfangsvertiefung (221) aufweisen; g) Stapeln und Verbinden der Plastik-Formplatteneinheiten (26) über einem Substrat (27), so dass die in den Plastik-Formplatteneinheiten (26) geformten IC-Mikrostruktur-Umfangsvertiefungen (221) zueinander ausgerichtet sind, um eine tiefe IC-Mikrostruktur-Umfangsvertiefung (222) zu bilden; und h) Elektroplatieren der gestapelten Plastik-Formplatteneinheiten (26), um einen dicken Stanzstempel (20) zu erzeugen, der die Form der zu erzeugenden IC-Mikrostruktur besitzt.
  4. Verfahren zum Erzeugen von Stanzstempeln für gestanzte IC-Mikrostrukturen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die tiefe IC-Mikrostruktur-Umfangsvertiefung (222) mit einer Metall-Keramik-Verbindung elektroplatiert wird.
  5. Verfahren zum Erzeugen von Stanzstempeln für gestanzte IC-Mikrostrukturen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es außerdem folgende Verfahrensschritte umfasst: i) Abformen des dicken Stanzstempels (10) mittels eines Plastikmaterials, um eine Mehrzahl von Plastik-Formplatten (31) zu erzeugen, die jeweils eine identische, tiefe IC-Mikrostruktur-Umfangsvertiefung (33) aufweisen; und j) Elektroplatieren der tiefen IC-Mikrostruktur-Umfangsvertiefungen (33) zum Herstellen einer Mehrzahl von dicken Stanzstempeln (30) in der Form der herzustellenden IC-Mikrostruktur.
  6. Verfahren zum Erzeugen von Stanzstempeln für gestanzte IC-Mikrostrukturen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Plastik-Formplatten (31) mittels einer Plastikspritzgusstechnik abgeformt werden.
  7. Verfahren zum Erzeugen von Stanzstempeln für gestanzte IC-Mikrostrukturen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Plastik-Formplatten (31) mittels einer thermischen Druckformtechnik abgeformt werden.
  8. Verfahren zum Erzeugen von Stanzstempeln für gestanzte IC-Mikrostrukturen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiterhin folgende Verfahrensschritte aufweist: i) Abformen der dicken Stanzstempel (20), um eine Mehrzahl von Plastik-Formplatten (31) zu erzeugen, die jeweils eine identische, tiefe IC-Mikrostruktur-Umfangsvertiefung (33) aufweisen; und j) Elektroplatieren der tiefen IC-Mikrostruktur-Umfangsvertiefungen (33) zum Herstellen einer Mehrzahl von dicken Stanzstempeln (30) mit einer ausreichenden Dicke in der Form der herzustellenden IC-Mikrostruktur.
  9. Verfahren zum Erzeugen von Stanzstempeln für gestanzte IC-Mikrostrukturen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Plastik-Formplatten (31) mittels einer Plastikspritzgusstechnik abgeformt werden.
  10. Verfahren zum Erzeugen von Stanzstempeln für gestanzte IC-Mikrostrukturen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Plastik-Formplatten (31) mittels einer thermischen Druckformtechnik abgeformt werden.
  11. Verfahren zum Erzeugen von Stanzstempeln für gestanzte IC-Mikrostrukturen, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: a) Bereitstellen einer Maske (11) mit einer durchsichtigen Struktur (12) darauf, die der Form der zu stanzenden IC-Mikrostruktur entspricht; b) Aufbringen einer Photolackschicht (14) auf ein Substrat (13); c) Belichten der Photolackschicht (14) mittels einer Lichtquelle (15) durch die Maske (11), so dass die Lichtquelle (15) die Photolackschicht (14) durch die durchsichtige Struktur (12) in der Maske belichtet; d) Entwickeln der belichteten Photolackschicht (14), um die der Lichtquelle ausgesetzte Photolackschicht (14) zu entfernen, um dadurch eine Photolack-Formplatteneinheit (41a – 41d) zu bilden, die eine IC-Mikrostruktur-Umfangsvertiefung (42) besitzt; e) Wiederholen der Schritte a) bis d), um eine Mehrzahl von PhotolackFormplatteneinheiten (41a – 41d) zu erzeugen, wobei die Maske (11) jeweils unterschiedliche Größenordnungen aufweist, so dass sich jeweils IC-Mikrostrukturumfangsvertiefungen (42) mit sich ändernder Anordnung ergeben; f) Stapeln und Verbinden der Photolack-Formplatteneinheiten (41a – 41d) über einem Substrat (45), so dass die in jeder der Photolack-Formplatteneinheiten ge formten IC-Mikrostruktur-Umfangsvertiefungen (42) ausgerichtet sind und so eine tiefe, abgestufte IC-Mikrostruktur-Umfangsvertiefung bilden; und g) Elektroplatieren der tiefen IC-Mikrostruktur-Umfangsvertiefung, wodurch ein abgestufter Stanzstempel (40), der die Form der zu erzeugenden IC-Mikrostruktur besitzt, erhalten wird.
  12. Verfahren zum Erzeugen von Stanzstempeln für gestanzte IC-Mikrostrukturen nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die IC-Mikrostruktur-Umfangsvertiefungen (42) der Photolack-Formplatten (41a – 41d) in der Größe schrittweise zunehmen.
  13. Verfahren zum Erzeugen von Stanzstempeln für gestanzte IC-Mikrostruktu ren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die IC-Mikrostruktur-Umfangsvertiefungen (42) der Photolack-Formplatten (41a – 41d) in der Größe schrittweise abnehmen.
  14. Verfahren zum Erzeugen von Stanzstempeln für gestanzte IC-Mikrostrukturen nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die tiefe IC-Mikrostruktur-Umfangsvertiefung mit einer Metall-Keramik-Verbindung elektroplatiert wird.
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