CN102282693A - 用于在衬底上沉积至少一个导电膜的方法 - Google Patents

用于在衬底上沉积至少一个导电膜的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于在衬底(30)上沉积至少一个导电膜(20)的方法，包括步骤：选择膜材料层(10)，其中所述层(10)包括位于前面(11)上的掩模(40)且其中所述层(10)和所述掩模(40)是整体的，将所述层(10)的所述前面(11)安置在所述衬底(30)上，将至少一个激光脉冲(120)施加到所述层(10)的后面(12)上，以便熔化且汽化至少部分所述层(10)从而使熔化的液滴(110)朝向所述衬底(30)推进且沉积在其上，由此形成所述膜(20)，其中所述掩模(40)的至少一个槽(45)限定所述熔化的液滴(110)的分布。

Description

用于在衬底上沉积至少一个导电膜的方法
技术领域
本发明涉及一种用于在衬底上沉积至少一个导电膜的方法。
背景技术
在半导体制造和微机械加工中的许多工艺步骤需要以受控且精确的方式在表面上沉积金属薄膜。在OLED技术中，薄导电膜-也称为互连-覆盖衬底的整个表面的约10％。
一种用于沉积薄金属膜的方法在衬底表面之上利用有机金属气体的激光-热或光-分解。这种连续的激光-热方法当前用于一些金属化应用，然而，实践中它经受至少三个不利条件。首先，在衬底之上以气相产生的金属原子倾向于远离分解区域而遍布在表面上。第二，所述工艺相对较慢。第三，仅仅可以使用具有合适的有机金属气体的那些金属。这些问题使得对于许多微电子和微结构化应用而言通过此方法实现快速、精确的金属化是不切实际的。此外，该方法本身具有要求安全处理和清理一些有毒有机金属气体和结构的相关的环境问题。
在另一方法中，整个衬底表面使用溅射方法被涂覆导电膜材料。然后利用湿化学蚀刻或烧蚀激光方法来在衬底上暴露所希望的薄膜几何形状。然而，所使用的蚀刻溶液在毒物学和环境保护方面存在问题，且正如沉积在机器部件上的互连材料的比例(proportions)，其可能很难再重复利用。
用于在表面上产生电互连的另一种方法是通过喷墨方法以散布形式施加的纳米粒子的激光烧结。到目前为止，在OLED技术中利用这种方法的不论是结构尺寸和几何形状还是工艺速度都不适合工业大规模生产。此外，在激光工艺期间热诱发的破裂会损坏衬底。
发明内容
因而，为其目的本发明必须消除上述缺点。尤其是，本发明的一个目的是提供一种在衬底上产生导电膜的方法，使得生产具有小于100μm的宽度和具有几百mm长度的这些结构时大规模的生产成为可能。
此目的通过如本发明的权利要求1所教导的方法来实现。所述方法的有利实施例被限定在从属权利要求、下面的描述或示例性实施例中。
本发明公开了一种用于在衬底上沉积至少一个导电膜的方法，包括步骤：
-选择膜材料层，其中所述层包括处于前面上的掩模且其中所述层和所述掩模是整体的，
-将所述层的前面安置到衬底上，
-将至少一个激光脉冲施加到所述层的后面上，以便熔化且汽化至少部分所述层，从而使熔化的液滴朝向所述衬底推进且沉积在其上，由此形成所述膜，其中所述掩模的至少一个槽限定所述熔化的液滴的分布。
本发明的主要思想是使用包括掩模的膜材料层，其中所述层和所述掩模是整体的。掩模用来限定熔化的液滴的分布且因此限定沉积到衬底上的导电膜的尺寸。掩模形成该层的前面。为了实现本发明的目的，掩模包括接触区和槽。当将所述层安置到衬底上时，接触区与衬底直接接触。槽形成在层中以便限定所述熔化的液滴的分布。通过从后面施加到层上的激光脉冲来完成熔化和汽化本身。由于激光脉冲的能量转移到层的后面上，所以所述层被熔化且汽化，并且因而通过在内部形成的冲击波将熔化的液滴朝向衬底推进。为了在蒸发期间形成压力波，必须在层中沉积仅仅足够的能量密度。在本发明的上下文中，膜也表示衬底上的导电材料的纹理或结构。
由于此方法的附加特性的原因，节省了材料。未使用的材料可以重复利用。可以在环境空气中执行本方法从而不需要高真空工艺。此外，节省了清理成本，因为不必使用蚀刻溶液。因而本方法能以节约资源和成本有效的方式用于大规模生产，因为它也使得在互连的生产期间激光束的高供给速度或扫描速度成为可能。
所提出的方法不仅仅能用于制造导电膜，其也可以用于制造其它类型的材料线。在下文中，参考导电膜来更详细地解释本发明，但是所述方法并不限于这样的导电膜。显然，所述方法不限于将导电材料作为线材料。
在有利实施例中所述方法的所述施加的步骤还包括：
-熔化且汽化至少部分层，
-产生朝衬底扩展的冲击波，
-形成朝向层的内部压力波，以及
-将熔化的液滴朝向所述衬底推进。
通过诱发的激光束能量将层材料部分地熔化且汽化。当材料蒸发时，从熔化表面出现冲击波且该冲击波在熔化液上方留下真空，其诱发了引向熔融表面的相反内部压力波。碰撞时，液滴被撞击清除出熔融层且部分地被抛到衬底的表面上，在此它们立即凝固。在层的前面上的构造形成掩模，所述掩模疏导(canalise)蒸汽-熔体-流(vapour-melt-stream)以便在衬底表面上形成期望的限定的结构，例如导电线。由于此结构是掩模结构的直接再现，因此可以在衬底上再现宽度小于100μm的精细导电纹理。通过调整激光处理参数，例如激光功率、光束直径、脉冲持续时间、脉冲重复、扫描速度等，切割前沿被设置为具有一定的角度，其抑制激光辐射撞击表面且破坏它。
在一个优选实施例中，所述方法进一步包括步骤：通过膜材料的汽化层形成冲击波。激光脉冲蒸发一部分层，这产生向衬底扩展的冲击波。蒸发导致汽化层的气体的释放，其扩展且由此形成冲击波。在冲击波的边界内产生真空，这实质上产生指向冲击波的起点的压力波。
一个优选实施例的特征在于，顺序且邻近地施加多个激光脉冲，优选地是，多个激光脉冲在槽的上方沿层移动。激光脉冲可以以定义的供给速度沿层移动。
一个优选实施例的特征在于，
-将一个和/或多个激光脉冲施加到层形成了切割边缘，其中切割边缘包括相对于层的后面的切割角θ，其中30°≤θ≤70°。
所述层设有槽，并且以其前面置于衬底上且在后续激光处理期间被按压到衬底上。然后将激光束和/或激光脉冲以膜的层材料局部熔化的方式从后面施加到层。在衬底上沉积导电膜的工艺期间，移动激光脉冲在层上的位置。激光脉冲的位置改变的速度称为供给速度，且可以在1mm/sec至10000mm/sec之间。由于激光脉冲和/或光束的这种移动的原因，建立了切割边缘。将激光脉冲施加至层导致层材料的熔化和/或蒸发，同时激光脉冲向前移动至切割边缘的角度。此角度应当以这种方式选择，即：
-激光脉冲不损害衬底，以及
-被推进的熔化的液滴撞击衬底。
如测量所显示的，甚至更优选实施例的切割边缘包括相对于层的后面的切割角θ，其中45°≤θ≤60°。
采用所提出的方法，在衬底上提供层材料以用于制造作为膜的电互连。因而，层材料包括具有结构化的前面的掩模，形成一个或多个槽。层和/或掩模和/或槽的构造例如可以采用机械工具来实现。然而，显然本发明并不限于这些槽的产生类型。槽和/或掩模自身优选具有矩形横截面。
在一个优选实施例中，以避免直接辐射衬底的方式来调整层后面上的激光束直径和/或激光输出参数。因而，防止了激光对衬底的直接辐射。因而衬底不会被激光脉冲损害。通过调整激光束直径和/或激光的输出参数，防止了激光束将能量注入进沉积到衬底上的膜中。因此，防止了膜可能再次蒸发和损害膜的结构。
在一个优选实施例中，衬底是OLED衬底。如果OLED被用作衬底，则所述方法尤为有效，在所述OLED衬底上导电膜是有效的。
所述目的通过膜材料层实现，其中层包括掩模且该层可根据所述方法中的任何一种使用。关于方法所描述的特征和细节也适用于系统，反之亦然。
所述目的也通过用于在衬底上沉积至少一个导电膜的系统来实现，所述系统包括激光器和膜材料层，其中所述系统根据所述方法中的任意一种工作。关于方法所描述的特征和细节也适用于系统，反之亦然。
在一个优选实施例中，系统包括激光器，激光器是脉冲式的Nd:YVO4-激光器(掺钕正钒酸钇)。优选地是，Nd:YVO4-激光器发射具有1064nm波长的光。在另一个有利实施例中，系统的特征在于，激光器包括介于10和100瓦特之间、优选地介于20和60瓦特之间的平均输出功率。在另一个优选实施例中，系统的特征在于，激光器包括介于20和200kHz之间、优选介于110和170kHz之间的激光脉冲重复率，优选的是，激光器包括介于10至100μm之间、优选地介于20和50μm之间的激光束直径。每个激光脉冲的长度可以在40和60ns之间。
在所述实施例中，上述方法和/或膜层和/或系统以及根据本发明的要求保护的部件和要被使用的部件并不经受关于尺寸、形状和材料选择的任何特定的例外。技术概念(如在相关领域中是公知的选择标准)可以被应用而没有限制。本发明的目的的额外的细节、特征和优点在从属权利要求和以下对各个图的描述中公开，其中各个图仅仅是示例性方式且示出了根据本发明的方法和/或膜层和/或系统的多个优选实施例。
附图说明
在下文中通过结合附图借助于示例性实施例更详细地再次阐释所提出的方法。所述方法以图示示出：
图1是层的实例，其中产生槽，
图2是具有掩模的包括槽的图1的层的实例，
图3是施加到表面上的层的表示，
图4是图3的垂直横截面图，从该垂直横截面图可见切割边缘很明显，
图5是本发明方法的步骤的示意图，以及
图6是衬底上被施加的膜在顶视图和横截面图中的示意。
下文中通过实例的方式再次解释所提出的方法，其中将铜膜施加到玻璃衬底30。
在图1中示出了膜材料层10。本方法的目的在于沉积至少部分的这种膜材料至衬底30上。为了达到这个目的，在层10中嵌入槽45。在此实例中可以使用45μm厚的铜层10。随后利用机械工具140(例如具有金刚石尖点的工具)处理此铜层10，以便在铜层的前面制造具有宽度和将被施加的膜的线路的槽45。在此实例中，槽45可以包括80μm的槽宽度46和25μm的槽深度。在本发明的上下文中，膜也表示衬底上的导电材料的纹理或结构。
在图2中示出了具有嵌入的槽45的层10。在图2的左侧示出了层10的前面11的视图。在层10的中间，槽45已经实现在层10中。在图2的右侧示出了具有其槽45的层10的横截面图。层10包括前面11。未被机械工具140去除的前面11的部分形成掩模40。此掩模40将被放在衬底30上，导电膜20将被施加到该衬底上。在横截面图中槽45的优选的矩形横截面形状是明显的。
在这一实例中仅仅示出了具有用于产生膜20的直线线路的槽45。然而，显然可以用本方法在层10的前面产生任何槽结构以及因而可以产生任何膜结构。
层10以/可以以前面11置于玻璃衬底30上的方式被放置，在该衬底上将产生膜。然后沿槽45将激光脉冲120和/或激光束施加到层10的后面，通过该槽层10的铜材料转移到玻璃衬底30上。所施加的膜20的形状(即该工艺中的宽度和线路)由用作掩模40的层10的前面11上的槽45的形状来限定。这在图3中被示意性地示出。
为了在衬底30上形成膜20，应用下述步骤：
-使用包括处于前面11上的掩模40的层10，且其中层10和掩模40是整体的，
-将层10的前面11安置到衬底30上，
-熔化和/或蒸发和/或汽化至少部分层10，
-产生朝向衬底30扩展的冲击波150，
-朝向层10形成内部压力波155，
-将熔化的液滴110朝向所述衬底30推进，以及
-将所述熔化的液滴110沉积到所述衬底30上，形成膜20，其中掩模40的至少一个槽45限定所述熔化的液滴110的分布。
此方法具有如下优点，即，其能在环境空气中执行。因此不需要真空以将导电膜沉积到层上。
图4示出了具有槽45的层10的横截面图示，其中激光束的烧蚀工艺是明显的。激光脉冲120在箭头所指示的方向上移动。因而，通过适当设定供给速度、平均激光输出参数和光束直径(本实例中其具有大约45°的切割角θ)，在层10的表面上产生切割边缘130。使用这一切割角131，激光束120并不损害玻璃衬底的表面。
将膜材料施加到玻璃衬底30上的原理借助图5的图示更详细地解释。图5描绘了图4的层10的剖视图，其中示出了平行于层10的切割边缘130的部分。如部分图5a所示，通过由激光脉冲120引入的光能量熔化层材料10。这也在图4中示出。此外，将熔化液(melt bath)100表面加热至蒸发温度。通过蒸发材料散发的冲击波150(参见图5b)在材料表面上产生真空，由此形成相反的压力波155(图5c)。如果所述压力波155撞击熔化液100，则熔化的液滴110喷射出层10的表面(图5d)。这些熔化的液滴110在衬底表面上凝固且形成与衬底30的表面构成粘性连接的导电接合，从而形成膜20。通过集成在层10中的掩模40，膜20在其几何形状方面被限定且可以在宽度上被调整成小于100μm。
在这方面，图6以顶视图和横截面图示的方式示出了被沉积的膜20。在此实例中，使用具有1064nm的波长和高脉冲稳定性的脉冲式的Nd:YVO4-激光器。通过将平均激光输出设定为约40瓦特，脉冲重复率为130kHz以及焦距为30μm，能够实现用于产生铜膜的1300-1400mm/s的供给速度。膜的最终面积电阻等于0.05Ω/sq且因而足够用于OLED应用。如果使用约35μm厚度的铝层，优选将平均激光输出设定成约40瓦特以及将脉冲重复率设定成150kHz。能够实现用于产生膜的2400-2700mm/s的供给速度。
显然，平均激光输出、脉冲重复率、焦点中的光束直径以及供给速度的上述参数依赖于层材料、层厚度以及在某些情况下也依赖于层材料和掩模槽的几何形状的对准。
附图标记列表
10    层
11    层的前面
12    后面
20    导电膜
30    衬底
40    掩模
45    槽
46    槽宽度
100   熔化液
110   熔化的液滴
120   激光脉冲
125   激光束直径
130   切割边缘
131   切割角
140   机械工具
150   冲击波
155   压力波

Claims (14)

1.一种用于在衬底(30)上沉积至少一个导电膜(20)的方法，
包括步骤：
-选择膜材料层(10)，其中所述层(10)包括位于前面(11)上的掩模(40)且其中所述层(10)和所述掩模(40)是整体的，
-将所述层(10)的所述前面(11)安置在所述衬底(30)上，
-将至少一个激光脉冲(120)施加到所述层(10)的后面(12)上，以便熔化且汽化至少部分所述层(10)从而使熔化的液滴(110)朝向所述衬底(30)推进且沉积在所述衬底(30)上，由此形成所述膜(20)，其中所述掩模(40)的至少一个槽(45)限定所述熔化的液滴(110)的分布。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，所述施加的步骤还包括：
-熔化且汽化至少部分所述层(10)，
-产生朝向所述衬底(30)扩展的冲击波(150)，
-朝向所述层(10)形成内部压力波(155)，以及
-将所述熔化的液滴(110)朝向所述衬底(30)推进。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，
其特征在于，所述冲击波(150)由所述膜材料的汽化的层形成。
4.根据前述任一项权利要求所述的方法，
其特征在于，顺序且邻近地施加多个激光脉冲(120)，优选地所述多个激光脉冲(120)在所述槽(45)上方沿所述层(10)移动。
5.根据前述任一项权利要求所述的方法，
其特征在于，
-将所述激光脉冲(120)施加到所述层(10)形成切割边缘(130)，其中所述切割边缘(130)包括相对于所述层(10)的所述后面(12)的切割角θ(131)，30°≤θ≤70°。
6.根据前述任一项权利要求所述的方法，
其特征在于，利用机械工具(140)在所述层(10)的所述前面(11)中产生所述掩模(40)和/或所述槽(45)。
7.根据前述任一项权利要求所述的方法，
其特征在于，所述掩模(40)和/或所述槽(45)包括矩形横截面。
8.根据前述任一项权利要求所述的方法，
其特征在于，以避免直接辐射所述衬底的方式来调整所述层(10)的后面上的激光束直径(125)和/或激光输出。
9.根据前述任一项权利要求所述的方法，
其特征在于，所述衬底(30)是OLED衬底(30)。
10.一种膜材料层(10)，其特征在于，所述层(10)包括掩模(40)且所述层(10)可根据如权利要求1-8中任一项所述的至少一种方法使用。
11.用于在衬底(30)上沉积至少一个导电膜(20)的系统，包括激光器和膜材料层(10)，其中所述系统如权利要求1-8中任一项所述的来工作。
12.根据权利要求11所述的系统，
其特征在于，所述激光器是脉冲式Nd:YVO4-激光器。
13.根据权利要求11或12中任一项所述的系统，
其特征在于，所述激光器包括介于10和100瓦特之间、优选介于20和60瓦特之间的输出。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的系统，
其特征在于，所述激光器包括介于20和200kHz之间、优选介于110和170kHz之间的激光脉冲(120)重复率，优选地所述激光器包括介于10和100μm之间、优选介于20和50μm之间的激光束直径(125)。
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