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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Modifizieren einer Werkstück-Oberfläche mit Hilfe von Photonen-Strahlung, insbesondere Laser-Strahlung, mit einer Strahlungsquelle und einer Maskeneinrichtung für die Strahlung.
In entsprechender Weise bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Modifizieren einer Werkstück-Oberfläche mit Hilfe von Photonen-Strahlung, insbesondere Laser-Strahlung, welche über eine Maskeneinrichtung auf die Werkstück-Oberfläche gerichtet wird.
Die Bearbeitung von Materialien im um-Bereich und nm-Bereich, vielfach "Mikro- bzw. Nano- strukturierung" genannt, gewinnt in der Technik immer mehr an Bedeutung, wobei insbesondere die sogenannte optische Lithographie im Zuge der Miniaturisierung in der Mikroelektronik ein interessantes Anwendungsgebiet ist. Abgesehen von Elektronen- und lonenstrahltechniken wird hier immer häufiger auch eine Laserstrahltechnik angewandt, da diese im Vergleich zu den Elektro- nen- und lonenstrahltechniken mit einem geringeren apparativen und finanziellen Aufwand bei der Implementierung verbunden ist. Auch bietet die Laserstrahltechnik weitere Vorteile, wie insbeson- dere in der Art der Strukturierung der Werkstück-Oberfläche, basierend auf den Eigenschaften der Laser-Strahlung an sich.
So können photochemische und photothermische Abscheidungen und Abtragungen von der Oberfläche ebenso wie eine photophysikalische Abscheidung von Material auf der Oberfläche (sogenannter Vorwärts-Transfer) und eine photophysikalische Abtragung bzw.
Ablation bewerkstelligt werden. Ein Problem ist jedoch hier ebenso wie bei der Elektronenstrahl- technik, dass eine Einzelschritt-Bearbeitung, mit einem einzelnen Strahl, eine geringe Effizienz ergibt. Für einen industriellen Einsatz wäre die Herstellung grosser Stückzahlen in kurzer Zeit erforderlich, d. h. es wäre ein grösserer Durchsatz erwünscht.
Es wurden auch bereits Maskentechniken zur Mikro- und Nanostrukturierung realisiert, die zwar oft mehr als zehn komplexe Einzelschritte benötigen, es können jedoch mehrere Stukturie- rungen parallel durchgeführt werden. Die Einzelschritte können dabei durchaus komplex sein. Im Einzelnen geht es bei den bekannten Vorrichtungen (z. B. gemäss R. Völkel et al., "Microlens Litho- graphy and Smart Masks", Microelectronic Engineering, Vol. 35, 1997, pp. 513-516 ; 5224396 A; und US 6 107 011 A) immer darum, zuerst bestimmte Strukturen in einer Photoresistschicht über ein optisches Linsensystem zu erzielen, was bedeutet, dass die eigentliche Maskeneinrichtung durch die Photoresistschicht gebildet wird.
Zur Erweiterung der Strukturierung des Abbildungsfel- des wird dabei als Linsensystem ein Linsenarray mit mehreren Einzel-Linsenelementen verwendet, wobei dieses Linsensystem jedoch gesondert von der eigentlichen Maskenstruktur vorliegt. Es geht bei diesen bekannten Techniken nicht darum, die jeweilige Werkstückoberfläche direkt zu bearbei- ten, sondern darum, eine Maske für ein danach erst durchzuführendes standardmässiges Mehr- fachschrittverfahren zur Strukturierung herzustellen, wobei bei der Maskenherstellung eine Strah- lung niedriger Intensität für die Belichtung der Photoresistschicht verwendet wird. Nach der Belich- tung sind im Übrigen entsprechende Ätzschritte und Spülschritte notwendig, um die erforderliche Maske für die endgültige Werkstück-Modifikation zu erhalten.
Die so in aufwendiger Weise herge- stellten Masken sind auch ihrer Natur nach irreversibel.
Wünschenswert wäre es, den hohen Durchsatz eines Maskenprozesses mit den universellen Möglichkeiten eines Einzelschritt-Bearbeitungsprozesses zu kombinieren.
Mit Photonenstrahlen, insbesondere Laserstrahlen, können unter Ausnutzung von Interferenz- effekten bestimmte periodische Strukturierungen erzeugt werden. Hierfür ist jedoch ein hoher technologischer Aufwand notwendig, und diese Interferenztechniken sind nur bedingt einsetzbar.
Ausserdem ist durch die verwendete Wellenlänge der Strahlung der Grad der Miniaturisierung begrenzt.
Im Artikel von U. Brauch et al., "Die optische Lithographie - eine Schlüsseltechnologie der Mikrostrukturierung", Laseropto Nr. 4, Aug. 2000, S. 59-66, wird eine Technik der Bündelung des Lichts durch Glasfaserspitzen vorgeschlagen, wobei die Dimension der Glasfaserspitzen kleiner als die verwendete Wellenlänge ist, um eine Strahlungsbündelung auf einem kleinen Bereich zu erzie- len. Der mit dem Einsatz dieser feinen Glasfaserspitzen verbundene Aufwand ist jedoch sehr hoch, und die Einsatzmöglichkeiten speziell bei einer strukturierten Bearbeitung sind beschränkt. Auch sind durch die mechanischen Dimensionen und die Abmessungen der Glasfaserspitzen der ge- wünschten hohen Zahl der miniaturisierten Abbildungen (Bearbeitungen) Grenzen gesetzt.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren wie vorstehend ange- führt vorzusehen, mit der bzw. mit dem ein zu einem hohen Durchsatz führendes Parallelschalten
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von vielen Einzelschritt-Prozessen unter Vorsehen der universellen Möglichkeiten eines Einzel- schritt-Bearbeitungsprozesses erzielbar wird.
Dabei ist es weiters Aufgabe der Erfindung, eine derartige Technik zu entwickeln, die mit einem vergleichsweise geringen apparativen und kostenmässigen Aufwand verbunden ist. Weiters ist es Aufgabe der Erfindung, einen hohen Grad der Anpassung bei den verschiedenen Bearbeitungs- prozessen oder allgemein Modifikationen der Werkstück-Oberfläche - Abtragen ebenso wie Mate- rialablagerung - zu ermöglichen.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung der eingangs angeführten Art ist demgemäss dadurch ge- kennzeichnet, dass die Maskeneinrichtung durch auf einem für die Strahlung durchlässigen Träger, vorzugsweise auf dessen dem Werkstück zugewandter Seite, haftend angebrachte Einzellinsen- elemente gebildet ist, wobei die Strahlung durch die Einzellinsenelemente in Teilstrahlen bündelbar ist.
In entsprechender Weise ist das erfindungsgemässe Verfahren der eingangs erwähnten Art da- durch gekennzeichnet, dass die Strahlung mit Hilfe von als Maskeneinrichtung vorgesehenen, an einem für die strahlungsdurchlässigen Träger angebrachten Einzellinsenelementen in Teilstrahlen aufgeteilt wird, die in Einzel-Fokuspunkten gebündelt werden.
Bei der erfindungsgemässen Technik wird somit eine spezielle Maskeneinrichtung verwendet, die auch als Linseneinrichtung bezeichnet werden kann, und bei der auf einem für die Strahlung transparenten Träger kleine Körper in einer bestimmten, geordneten Weise als Linsenelemente aufgebracht werden, und zwar insbesondere - im Hinblick auf die kurzen Fokusabstände - auf der Seite des Trägers, die im Betrieb dem Werkstück zugewandt ist. Jeder Körper bildet ein Einzellin- senelement, durch das der jeweilige Teil der auf den Träger auftreffenden Strahlung zu einem Teilstrahl, mit einem Einzel-Fokuspunkt, gebündelt wird. Dadurch wird eine Vielzahl von Fokus- punkten erhalten, die zur gewünschten Bearbeitung bzw. Modifikation der Werkstück-Oberfläche, z. B. der Oberfläche eines Halbleiterkörpers, herangezogen werden können.
Wenn dabei die Werk- stück-Oberfläche in die Ebene gebracht wird, in der die Fokuspunkte liegen, kann eine Vielfach- Bearbeitung mit Quasi-Einzelstrahlen zwecks Abtragung von Material usw. erzielt werden, wobei beispielsweise Material des Werkstücks bzw. Substrats lokal, im Bereich von nm, durch Verdamp- fen abgetragen werden kann.
Die Erfindung basiert dabei auf einem Effekt, der sich bei Untersuchungen zur Laserstrahl- unterstützten Reinigung von Werkstück-Oberflächen gezeigt hat, wobei in Versuchen Verunreini- gungen an der Oberfläche eines Werkstücks durch kleine Kügelchen simuliert wurden, beispiels- weise mit einem Durchmesser von weniger als 100 nm. Dabei hat sich in Versuchen gezeigt, dass die Entfernung der Kügelchen von der Oberfläche umso problematischer ist, je kleiner die Kügel- chen sind, und dass diese Kügelchen, wenn sie aus einem optisch durchlässigen Material beste- hen, die einfallende Strahlung vergleichbar Linsenelementen bündeln.
Bei der Laser-unterstützen Reinigung von Oberflächen führt dies zu unerwünschten Erscheinungen: In vielen Fällen werden in dem zu reinigenden Oberflächen-Material Löcher gebildet, da durch die Fokussierung der Strah- lung durch die Kügelchen das absorbierende Material lokal verdampft wird, bevor die Kügelchen weggeschleudert werden. Abgesehen vom Reinigungseffekt wird somit das Substrat beschädigt.
Die Erfindung nutzt nun in positiver Weise diesen Effekt, indem gezielt der Fokussiereffekt der Kügelchen oder allgemein Einzellinsenelemente für die Oberflächenbearbeitung genützt werden.
Die Einzellinsenelemente werden dabei in einem Array entsprechend dem gewünschten Bearbei- tungsmuster auf dem Träger angebracht. Der Träger ist bevorzugt eine optisch planparallele, für die Photonen-Strahlung transparente Platte, beispielsweise aus normalem Glas, aus Quarzglas, etc.. Auf der dem Werkstück bzw. Substrat zugewandten Seite dieser Platte werden die Einzellin- senelemente bevorzugt in einer Einzelschicht, d. h. Monolage, aufgebracht. Die Einzellinsenele- mente sind insbesondere kleine Kügelchen, Ellipsoide, d. h. quasi flachgedrückte Kügelchen, kleine Zylinder oder dergleichen, und sie bestehen beispielsweise aus normalem Glas, Quarzglas oder einem anderen für die Photonen transparentem Material, wie Si, CaF2, organischen Polymeren, z. B. Polystyrol, oder auch aus organischen Materialien bzw. Konglomeraten, wie Bakterien oder Viren usw..
Die gesamte Anordnung ist somit hoch transparent. Bei einer Bestrahlung mit Photo- nen-Strahlung, insbesondere Laser-Strahlung, von der Trägerseite wirkt die Anordnung wie eine Kombination von einer Vielzahl von mehr oder weniger eng benachbarten fokussierenden Linsen.
Die auftreffende Strahlung tritt durch den Träger und wird durch die Einzellinsenelemente fokus-
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siert, wobei der jeweilige Fokus etwas ausserhalb des Einzellinsenelements, beispielsweise in einer Entfernung von ca. 20% des Radius im Fall von kugelförmigen Einzellinsenelementen, liegt.
An sich kann die zu bearbeitende Oberfläche direkt in Kontakt mit der Einzellinsenelemente- Matrix gebracht werden, was zu einer besonders einfachen Implementierung führt. Die "Masken- einrichtung" braucht hier nur auf das Werkstück aufgelegt und von oben bestrahlt werden. Wün- schenswert sind natürlich hochreine Arbeitsbedingungen bzw. Oberflächen.
Die kugelförmigen oder ellipsoidförmigen Einzellinsenelemente können in einer maximal dich- ten Packung vorliegen, entsprechend einem Muster, bei dem die Mittelpunkte benachbarter, ein- ander berührender Einzellinsenelemente die Eckpunkte von gleichseitigen Dreiecken bilden. Die Abmessungen der Einzellinsenelemente liegen dabei in der Grössenordnung von 100 nm oder weniger bis zu einigen um, und die Bearbeitungsstellen auf dem Substrat haben Abmessungen im nm- bis um-Bereich.
Die Einzellinsenelemente haften im Normalfall ausreichend durch natürliche Adhäsion am Trä- ger. Die Haftung der Einzellinsenelemente kann jedoch durch äussere Kräfte, wie insbesondere durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen dem Träger und dem Werkstück, verstärkt werden. Der Abstand des Trägers und der Einzellinsenelemente vom Werkstück bzw. Substrat kann fest eingestellt werden, wobei am Träger ein oder mehrere Abstandshalter aufgebracht werden können. Als Abstandshalter können beispielsweise lokale Materialablagerungen durch Aufdampfen, insbesondere durch Aufdampfen einer dünnen lokalen Metallschicht, oder Anbringen einer dünnen Folie (Kunststoff, Metall) vorgesehen werden.
Zur variablen bzw. regelbaren ìnstel- lung des Abstandes, speziell bei kritischen zu bearbeitenden Materialien, wie Kunststofffolien, ist eine Dreipunkt-Abstandshalterung mit Messung und Einstellbarkeit auf Basis von Piezo- elektrischen Wandlerelementen ideal.
Die vorliegende Technik kann auch mit grossem Vorteil für eine Oberflächenmodifikation durch sogenannten Laser-induzierten Vorwärts-Transfer (LIFT - Laser Induced Forward Transfer) einge- setzt werden. Diese LIFT-Technik ist bereits für eine Anordnung mit einer einzelnen Linse be- schrieben worden, siehe Z. Kantor et al., "Deposition of micrometer-sized tungsten pattems by laser transferred technique" Appl. Phys. Lett. 64 (25), 20. Juni 1994, Seiten 3506-3508. Die Kom- bination mit der vorliegenden Mehrfachlinsen-Anordnung ermöglicht eine sehr einfache und hoch lokalisierte Vielfach-Metallisierung von Oberflächen, die in normaler Laboratmosphäre (ohne Ver- wendung von Chemikalien und Gasen) durchgeführt werden kann.
Bei dieser Technik wird zwi- schen dem zu bearbeitenden Substrat und Träger mit den Einzellinsenelementen eine dünne Materialschicht, insbesondere eine ultradünne Metallfolie angebracht, wobei vorgesehen werden kann, dass je nach dem verwendeten Metall die Folie mittels magnetischer oder elektrostatischer Kraft am Substrat angelegt wird ; darauf kann dann der Träger mit den Einzellinsenelementen aufgelegt werden, gegebenenfalls unter Distanzierung mit Hilfe der genannten Abstandshalter.
Dabei wird der Abstand so gewählt, dass die Einzellinsenelemente die Strahlung in Fokuspunkten innerhalb der dünnen Metallfolie oder allgemein Materialschicht fokussieren. Dadurch werden kleinste Metallteile lokal in Richtung des Substrats transferiert, wo sie haften bleiben. Nach dieser Bearbeitung kann die Folie einfach vom Substrat (Werkstück) abgestreift werden.
Um eine hohe Gleichmässigkeit der Einzelbearbeitungsstellen am Substrat zu erzielen, ist ab- gesehen von gleichen Abmessungen der Einzellinsenelemente und einem einheitlichen Abstand von der Substrat-Oberfläche auch eine über ihren Querschnitt homogene Laserstrahlung erforder- lich, wenn sie auf der Aussenseite des Trägers mit den Einzellinsenelementen auftrifft. Demgemäss ist es von Vorteil, wenn die Strahlung in an sich bekannter Weise mit Hilfe eines Homogenisators homogenisiert wird, so dass die Strahlung über den gesamten Strahlungsbündelquerschnitt eine im Wesentlichen konstante Intensität aufweist.
Bei der Bearbeitung oder allgemein Modifikation der Werkstück-Oberfläche kann das Werk- stück relativ zum Träger mit den Einzellinsenelementen in xy-Richtungen seiner Oberfläche in an sich herkömmlicher Weise bewegt werden, um so eine Mehrfach-Lithographiebearbeitung zu ermöglichen. Weiters ist es je nach der durchzuführenden Bearbeitung auch denkbar, wenn ein- zelne der Einzellinsenelemente durch Beschatten mit einer vor dem Träger vorgesehenen Maske ausgeblendet werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von bevorzugen Ausführungsbeispielen, auf die sie jedoch nicht beschränkt sein soll, und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung noch
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weiter erläutert. In dieser Zeichnung zeigen im Einzelnen: Fig. 1 schematisch eine bevorzugte Vorrichtung zur Durchführung einer Nanostrukturierungs-Bearbeitung einer Werkstück-Oberfläche mit Hilfe von Laser-Strahlung; Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf ein Linsenarray mit kugel- förmigen oder in Draufsicht kreisförmigen, ellipsoidförmigen Einzellinsenelementen, wie in der Anordnung aus Fig. 1 eingesetzt ; 3 schematisch in einer Ansicht bzw.
Schnittdarstellung die Wirkungsweise von verschiedenen Einzellinsenelementen hinsichtlich der Fokussierung von durch sie bewirkten Einzel- oder Teilstrahlen, wobei ein Teil des Substrats mit einer lokalen Ablation im Schnitt in Fig. 3a gezeigt ist, und wobei Fig. 3b eine die lokale Ablation des Substrats in einer Draufsicht zu Fig. 3a zeigende schematische Darstellung enthält ; Fig. 4 eine Anordnung einer transparenten planparallelen Platte mit Einzellinsenelementen im Abstand von einem Substrat, in einer Anordnung innerhalb einer eine vorgegebene Gasatmosphäre enthaltenden Kammer, die ein Eintrittsfenster für die Laser-Strahlung aufweist ; Fig. 5 schematisch einen Teil einer Vorrichtung (ohne Strahlungsquelle) zur Veranschaulichung eines sogenannten Laser-induzierten Material- Vorwärts-Transfers;
Fig. 6 eine Ansicht des Substrats mit darauf mit Hilfe einer Vorrichtung gemäss Fig. 5 angebrachten metallischen Ablagerungen, mit einer teilweise abgezogenen Metallfolie; und Fig. 7 eine Draufsicht auf einen Teil eines Substrats in ungefähr 5000facher Vergrösserung, zur Veranschaulichung von lokalen Ablationen an der Substrat-Oberfläche.
In Fig. 1 ist eine Vorrichtung zur Modifikation der Oberfläche eines Substrats oder Werkstücks 1 mit Hilfe von Laser-Strahlung (allgemein Photonen-Strahlung) 2 veranschaulicht, die von einer Strahlungsquelle, wie beispielsweise einem Excimer-Laser, 3 herrührt. Die von der Strahlungsquel- le 3 abgegebene Strahlung kann über ihren Querschnitt (Durchmesser D) eine inhomogene Inten- sität aufweisen, wie in Fig. 1 in einer Detailzeichnung bei 4 gezeigt ist, und um eine homogene Strahlungsintensität für die Bearbeitung der Oberfläche des Substrats 1 zu erzielen, ist ein Homo- genisator 5 vorgesehen, der ein an sich bekanntes Bauelement bildet, und über Reflexionen an seiner Innenwandung zu einer homogenen Intensitätsverteilung im Strahlungsbündel 2 führt, wie in Fig. 1 in der Detailzeichnung 6 für den Durchmesser D' dargestellt ist.
Selbstverständlich kann der Durchmesser 0' gleich dem Strahlungsbündel-Durchmesser D sein.
Die homogenisierte Strahlung trifft auf einen Einzellinsenelement-Träger 7 in Form einer plan- parallelen, für die Bestrahlung durchlässigen Platte 8 aus Glas, insbesondere Quarzglas auf. Diese Platte 8 ist an ihrer dem Substrat 1 zugewandten Seite mit einer Vielzahl von Einzellinsenelemen- ten 9 versehen, die in einer der jeweiligen Bearbeitung der Oberfläche 1' des Substrats 1 ange- passten Anordnung an der Platte 8 durch natürliche Adhäsion haften. Bevorzugt wird eine maximal dichte Anordnung von kugelförmigen oder aber in Draufsicht kreisförmigen, ellipsoidförmigen Einzellinsenelementen 9 angewendet, wie sie aus Fig. 2 ersichtlich ist. Diese Einzellinsenelemente 9 führen zu gebündelten Teilstrahlen 10, deren Fokuspunkte 11 im Fall einer Bearbeitung der Oberfläche 1' bevorzugt in der Ebene dieser Oberfläche 1' des Substrats 1 liegen, z. B. wenn eine Abtragung bzw.
Ablation vom Material, oder aber eine Belichtung an einer Vielzahl einer fotoemp- findlichen Lackschicht von Stellen mit kleinsten Abmessungen, im nm-Bereich, gewünscht wird.
Um die Anordnung der Einzellinsenelemente 9 in einem definierten Abstand vom Substrat 1 festzulegen, sind Abstandshalter 12 am Träger 7 vorgesehen, über die der Träger 7, also die Platte 8, an der Substratoberfläche 1' abgestützt ist. Ein solcher genau definierter Abstand ist dann von Vorteil, wenn eine ultrahohe Miniaturisierung gewünscht wird, oder wenn eine Strukturierung in einer bestimmten chemischen Atmosphäre durchgeführt werden soll (vgl. auch nachfolgende Fig. 4). Im Idealfall ist wie erwähnt die Fokustiefe gleich dem Abstand der Einzellinsenelemente 9 vom Substrat 1.
Die Abstandshalter 12 können in einfacher Weise durch Aufdampfen von dünnen lokalen Me- tallschichten, aber auch durch Sputter-Deposition, oder aber mit Hilfe von Piezoelementen reali- siert werden. Im letzteren Fall kann, abgesehen von einer in Fig. 1 nicht näher veranschaulichten Messanordnung für die Ermittlung des gegebenen Abstands, auch eine Spannungsquelle 13 zum Anlegen einer Spannung Up an die Piezoelement-Abstandshalter 12, zwecks Einstellung des jeweils optimalen Abstandes, insbesondere zur Erzielung einer exakten Parallelität des Linsenar- rays und der Substrat-Oberfläche 1', angelegt werden.
Der Träger 7 mit den Einzellinsenelementen 9 kann am ehesten mit einer speziellen Masken- einrichtung verglichen werden, mit der die Strahlung 2 zu mehr oder weniger punktförmigen Stellen in grosser Anzahl - den Fokuspunkten 11 - gebündelt wird. Die Einzellinsenelemente 9 sind dabei in
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einer einzelnen Schicht, in einer Monolage, wie schematisch in Fig. 1 gezeigt, auf der Platte 8 angebracht, an der sie wie angegeben durch natürliche adhäsive Kräfte haften. Selbstverständlich sind die Einzellinsenelemente 9 für die verwendete Strahlung 2 im Wesentlichen transparent, und sie bestehen wie ebenfalls bereits erwähnt beispielsweise aus Glas, insbesondere Quarzglas. Im Fall von Kügelchen oder Ellipsoiden haben diese kleinen Körper Querschnittabmessungen, d.h. einen Durchmesser d (s.
Fig. 2) in der Grössenordnung von 100 nm (oder darunter) bis zu einigen um. Durch die bündelnde Wirkung dieser Einzellinsenelemente 9 bezüglich der einfallenden Strah- lung 2 wird ein paralleler Vielfach-Fokussiereffekt mit einer praktisch beliebig hohen Zahl von Fokuspunkten 11 erzielt. Wenn das Substrat 1 mit seiner Oberfläche 1' entsprechend nahe den Einzellinsenelementen 9 angebracht ist, kann dieser Vielfach-Fokussiereffekt zur Modifizierung der Oberfläche 11', gemäss Fig. 1 in Form einer Materialabtragung bzw. Ablation, verwendet werden.
Wenn weiters das Substrat 1 in der Zeichenebene gemäss Fig. 1 auf und ab und senkrecht zur Zeichenebene, siehe den Pfeil 14 und den Kreis mit Punkt 15 in Fig. 1 links oben, bewegt wird, können entsprechende Muster in der Art einer lithographischen Bearbeitung in die Oberfläche 1' des Substrats 1 eingeschrieben werden. Auf diese Weise ergibt sich das enorme Potential einer Kombination von hoher paralleler Durchsatzrate mit den universellen Eigenschaften des Einzel- schritt-Bearbeitungsverfahrens.
Für bestimmte Muster von Oberflächen-Modifikationen kann es erwünscht sein, nicht über alle Einzellinsenelemente 9 eine Fokussierung herbeizuführen, sondern bestimmte Bereiche auszu- blenden bzw. abzuschalten; hierfür kann eine in Fig. 1 mit strichlierten Linien veranschaulichte Maske 17 vor der Platte 8 angeordnet werden.
Als Einzellinsenelemente 9 können beispielsweise Glaskügelchen verwendet werden, wie sie im Handel in Lösungen, wie Isopropanol, erhältlich sind. Diese Kügelchen werden mit einer Mikro- pipette auf die hochreine planparallele Platte 8 in Tropfenform aufgebracht. Das standardmässig erhältliche 40%ige Konzentrat von 5 um-Kügelchen erlaubt im Bereich von Aufbringungen von 0,1bis 0,3 l ein direktes Kondensieren von breiten Monolagen in dichtester Anordnung. Modifizie- rungen der Anordnungen können durch leichtes Kippen der Oberfläche beim Kondensieren des Tröpfchens erzielt werden. Die Herstellung dichtester Monolagen über grosse Bereiche wurde bereits im Speziellen für die Beschichtung von Substraten untersucht, vgl. z. B. F. Burmeister et al., "Colloid monolayer lithography. A flexible approach for monostructuring of surfaces", Appl.
Surface Science 144-145 (1999) 461-466. Etwaige Lösungsmittelreste sind ebenfalls hochtransparent und stören nicht den Durchtritt der Strahlung durch die Anordnung.
Strukturierungsabstände können durch Ändern der Kügelchendurchmesser variiert werden.
Lose Anordnungen (Einzel-, Doppel- und Dreifachstrukturen) werden durch Aufspinnen der Lösung erreicht.
Die Haftung der Kügelchen kann durch äussere Kräfte, z. B. durch Anlegen einer (Gleich-)Spannung U zwischen Platte 8 und Substrat 1, verstärkt werden. Hierzu ist in Fig. 1 eine Spannungsquelle 16 dargestellt.
Die Fokussierwirkung kann bei Kügelchendurchmessern von kleiner 5 um im Bereich der ver- wendeten Strahlungswellenlängen liegen und damit sehr hoch sein. für Kügelchendurchmesser kleiner als ca. 1 um rückt dann die Fokusebene innerhalb des Kügelchens, vgl. Fig. 3, linke Seite.
Hier kann eine plastische Verformung zu linsenähnlichen, dünneren Strukturen, wie sie sich mitun- ter über längere Zeiten von selbst ergibt, oder die Verwendung kleinerer Kügelchen die Fokusebe- ne (Fokuspunkte 11) wieder nach aussen legen, vgl. Fig. 3, rechte Seite.
Der Abstand zum zu strukturierenden Medium muss der Anwendung entsprechend eingestellt werden. Die Distanz des Fokus beträgt i.a. nur einen Bruchteil des Kugeldurchmessers; bei 5 um-Kugeln beträgt sie z. B. ca. 1 um.
In Fig. 3a ist in einer Detail-Querschnittsdarstellung ersichtlich, dass die lokalen Ablationen zu Vertiefungen mit Durchmessern in der Grössenordnung eines Zehntels des Durchmessers der Einzellinsenelemente 9 führen können, wobei kleine Krater 18, die gebildet werden, innerhalb einer durch die Erhitzung erhaltenen Erhebung 19 liegen.
In Fig. 4 ist die Anordnung der planparallelen Platte 8 mit den Einzellinsenelementen 9 in Ku- gelform, die über Abstandshalter 12 in einem korrekten Abstand vom Substrat 1 mit der Oberfläche 1' gehalten ist, in einer geschlossenen Kammer 20 gezeigt, die ein transparentes eintrittsfenster 21 für die Strahlung 2, insbesondere Laser-Strahlung aufweist, welche entsprechend grossflächig, wie
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auch in Fig. 1 gezeigt, auf der Platte 8 auftrifft, um sodann mit Hilfe der Einzellinsenelemente 9 in die gebündelten Teilstrahlen 10, zu den Einzel-Fokuspunkten 11, unterteilt zu werden.
Beispielsweise durch Absorption der auftreffenden Energie im Substrat 1 an der Oberfläche 1' kommt es wiederum zu dem hochaufgelösten Strukturierungsprozess, welcher nunmehr in einer vorgegebenen reaktiven Gasphase stattfindet, wie in Fig. 4 ganz schematisch bei 22 angedeutet ist. Zur Herbeiführung der entsprechenden Gasatmosphäre in der Kammer 20 sind ein EvakuierungsAuslass 23 und ein Gaseinlass 24 an der Kammer 20 vorgesehen, wobei der Auslass 23 mit einer nicht näher gezeigten Vakuumpumpe und der Einlass 24 mit einer ebenfalls nicht näher gezeigten Gasquelle verbunden ist.
Anstatt in einer Gasatmosphäre kann aber im Prinzip auch die Bearbeitung in einer Flüssigkeit durchgeführt werden ; ist auch ein Arbeiten in einer inerten Umgebung, allgemein in einer kontrollierten Atmosphäre, denkbar.
Die Oberfläche 1' des Substrats 1 kann jedoch nicht nur durch eine derartige Ablation mit Hilfe der Teilstrahlen 10 modifiziert werden, sondern auch dadurch, dass Material, insbesondere Metall, an der Oberfläche des Substrats 1 abgelagert wird. Eine derartige sogenannte LIFT-Technik ist in den Fig. 5 und 6 schematisch veranschaulicht, wobei ersichtlich ist, dass beispielsweise eine äusserst dünne Metallfolie 25 an der Oberfläche 1' des Substrats angebracht wird. Darüber befindet sich dann die "Maskeneinrichtung" mit der Platte 8 und den kugelförmigen Einzellinsenelementen 9, wobei nunmehr mit Hilfe der Laserstrahlung 2 kleinste lokale Bereiche der Metallfolie 25 aus dieser herausgelöst und an der Oberfläche 1' des Substrats 1 abgelagert werden.
Diese kleinsten Metallteilchen-Ablagerungen sind in Fig. 5 bei 26 veranschaulicht; die verbleibende, entsprechende Löcher 26' aufweisende Metallfolie 25' wird dann einfach abgestreift, wie in Fig. 6 veranschaulicht ist.
Die Metallfolie 25 kann je nach verwendetem Metall magnetisch oder elektrostatisch am Substrat 1 angebracht werden.
In Fig. 7 ist schliesslich als Ergebnis eines Versuchs eine 5000fache Vergrösserung eines Teils einer Substrat-Oberfläche 1' gezeigt, wobei mit Hilfe der erfindungsgemässen Technik angebrachte Vertiefungen 18 mit einem Durchmesser von ungefähr einem halben um in Abständen von ca.
5 um, entsprechend einem Durchmesser der kugelförmigen Einzellinsenelemente 9 von 5 um, ersichtlich sind.
Aufgrund der komplexeren Implementierung von chemischen Abscheide- und Ätzverfahren sind die einfachsten Methoden von Strukturierungen jene, die in normaler Laboratmosphäre durchgeführt werden können.
Nachfolgend soll die Erfindung noch anhand von zwei konkreten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
Beispiel 1: Laserinduzierte Ablation:
Als Beispiel wurde eine Excimer-Laser-induzierte Ablation von PET- und PI-Kunststofffolien an Luft durchgeführt, siehe auch die Darstellung (Elektromikroskopaufnahme) in Fig. 7.
Verwendet wurde ein 30 ns langer Laserpuls mit einer 248 nm-Wellenlänge und einer Pulsleistung ca. 100 mJ; die Einzellinsenelemente 9 waren Quarzkügelchen dichtester Packung, mit einem Kugeldurchmesser von 5 um; weiters wurden Abstandshalter 12 von 6 um Dicke eingesetzt.
Beispiel 2 : Materialabscheidung - modifizierter Laserinduzierter Vorwärts-Transfer (LIFT):
Hierzu wurde das lokal zu transferierende Metall in Form einer sehr dünnen Folie (25 in fig. 5) auf ein Quarzsubstrat 1 aufgebracht : verschiedene Methoden wurden angewendet:
Magnetische Metalle (z. B. Nickel): Eine exakte Aufbringung der Folie (anliegend) erfolgte durch magnetostatische Kräfte (Magnethalter).
Andere Metalle: Das Aufbringen der Metallfolien erfolgte durch elektrostatische Kräfte ; wurde eine Aluminiumfolie von 800 nm Dicke eingesetzt, und es wurde eine Spannung zwischen der Folie und dem Substrat von ca. 1 kV angelegt; als Strahlung wurde ein Laserpuls mit einer
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Wellenlänge von 248 nm und einer Energie von 500 mJ verwendet ; dieEinzellinsenelemente waren 0,8 um-Kügelchen in dichtestem Abstand.
Aufnahme (Elektronenmikroskop): AI-Doppelstruktur aus Kugel-Doppelstruktur.
PATENTANSPRÜCHE:
1. Vorrichtung zum Modifizieren einer Werkstück-Oberfläche mit Hilfe von Photonen-
Strahlung, insbesondere Laser-Strahlung, mit einer Strahlungsquelle und einer Maskenein- richtung für die Strahlung, dadurch gekennzeichnet, dass die Maskeneinrichtung durch auf einem für die Strahlung durchlässigen Träger (7), vorzugsweise auf dessen dem Werk- stück (1) zugewandter Seite, haftend angebrachte Einzellinsenelemente (9) gebildet ist, wobei die Strahlung (2) durch die Einzellinsenelemente (9) in Teilstrahlen (10) bündelbar ist.