CN110382161B - 用于制造工程用掩膜的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于由例如玻璃、蓝宝石或者硅材质的板形的衬底(2)制造工程用掩膜(1)的方法。掩膜(1)的至少一个开口借助激光诱导的深度刻蚀制成，其中，衬底(2)至少对于激光诱导的深度刻蚀时使用的激光波长是透明的。为此，衬底(2)为了尤其闭合的轮廓(3)的分离通过激光器的脉冲沿预先定义的加工线(4)被改变。连接梁形式的加工线(4)的局部的中断(即所谓的虚断线)保证了待分离的轮廓(3)甚至在用腐蚀溶液处理之后也还暂时与板形的衬底(2)连接。以这种方式被预处理的板形的衬底(2)在后续步骤中被用腐蚀溶液、例如氢氟酸(HF)或者氢氧化钾(KOH)处理，由此使得衬底(2)的未被改性的区域均匀地和各向同性地被腐蚀。改性区域相对于衬底(2)的未处理区域各向异性地反应，因此最初在处理过的位置形成定向凹空，直到衬底(2)的材料在所述位点最终完全溶解。

Description

用于制造工程用掩膜的方法

技术领域

本发明涉及一种用于由板形的衬底制造工程用掩膜的方法。

背景技术

带有开放孔隙的工程用掩膜通常指的是能多次使用的用于结构化的材料涂覆或者材料剥除的装置。其主要包括针对模板印刷的模板或者针对沉积方法或者剥除方法的荫罩。印刷模板被用于模板印刷和丝网印刷。在此，例如激光切割的钢膜被绷在框架上。为了印刷，印刷材料被用刮板挤压通过在模板中的开口。

荫罩被用作针对涂层过程，例如针对溅射涂层或者气相涂层的掩蔽装置。荫罩通常被用于制造显示屏(例如OLED显示屏)。在此，掩膜针对每个像素例如具有50μm大的矩形的开口。

在激光诱导的深度刻蚀(例如文献WO 2014/161534 A2和WO2016/041544A1)中，透明的材料借助激光脉冲或者脉冲序列在沿射线的轴线的长条形的区域上，通常在透明的材料(例如玻璃板的情况下)的整个厚度上被改变，以便在接着的湿化学腐蚀池中所述改变处被各向异性地腐蚀。

在工业上，工程用掩膜通常由非常薄的不锈钢或者其他的金属板制造。对于结构化的材料涂覆或者材料剥除所需的膜开口(孔隙)被借助激光切割或者光刻技术的蚀刻方法设置。现有技术中已知的另一种用于制造工程用掩膜的方法是电动成型技术。工程用掩膜通常配设有非常多数量的孔隙，这些孔隙又在形状、位置和数量方面可能不受规律的限制。孔隙通常应具有>1:1的高宽比(材料厚度相对于结构尺寸的比例)，因此所有各向同性的腐蚀方法都被排除。在真正的材料涂覆或者材料剥除期间，非常薄的掩膜必须非常平地在待处理的材料上方或者待处理的材料上定位。在现有技术中使用的薄的金属衬底为此被施加拉应力，以便避免变形和松弛。

作为用于带有开放的孔隙的工程用掩膜的材料，玻璃比金属具有一些基本上的优点。即玻璃具有更高的耐刻划形，大的弹性模量，更小的热膨胀性，玻璃在受载荷时不塑性膨胀并且明显更具化学抗性。玻璃的透明性可以被用于光学的方法，例如用于对准。尽管有上述优点，但是玻璃并不被用作结构化的材料涂覆或者材料剥除的工程用掩膜的材料。这首先归咎于一种偏见，即对被用作针对带有开放的孔隙的掩膜的材料而言，玻璃易断裂。尤其地，(在现有技术中针对金属掩膜常见的)加载拉应力对于由玻璃制成的工程用掩膜的可靠性来说很危险。

在光刻这种方法中，通过蚀刻在玻璃中产生结构并且因此断裂强度是足够高的。在此，涂层被光照并且接着在局部开口。接着，衬底被蚀刻，以便产生期望的结构。在此，涂层用作抗腐蚀剂。因为腐蚀作用在抗腐蚀剂被开口的部位处各向同性地进行，但是以此不能产生具有较大高宽比的结构。为了能在工程用掩膜中制造高分辨率的结构，铬镍膜被光刻地结构化。为此，部分区域被遮掩，并且未被遮掩的区域被腐蚀。在此，腐蚀过程是各向同性的，因此发生在遮掩部下方的腐蚀，由此使得所产生的结构的直径不受控制地增大。这些结构被称为腐蚀唇边。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，实现一种可行方案，其实现针对由玻璃制成的工程用掩膜的从本质上改进的制造方法。

上述技术问题按照本发明通过一种用于制造工程用掩膜的方法解决。

按照本发明，工程用掩膜借助激光诱导的深度刻蚀(或称为深刻蚀或深槽刻蚀)生产。为此，板形的衬底配设至少一个开口，所述衬底至少对于在激光诱导的深度刻蚀时所用的激光波长是透明的。所述至少一个开口通过激光诱导的深度刻蚀这样制造，使得衬底首先通过激光射线沿所述开口的轮廓被改性，并且接着在腐蚀池中在被改性的部位处各向异性地被腐蚀。

按照本发明，工程用掩膜例如理解为能多次使用的用于结构化的材料涂覆或者材料剥除的装置。

按照本发明，由于各向异性的腐蚀作用实现期望的边缘角度，尤其带有预先确定的开口角度的边缘角度，这尤其在玻璃模板作为例如针对溅射过程的荫罩时被证明特别有利。

本发明基于的令人意想不到的认知是，玻璃衬底(其中借助激光诱导的深度刻蚀形成孔隙)能非常好地用作针对结构化的材料涂覆或者材料剥除的材料。在此，特别令人意想不到的认知是，这样制成的玻璃衬底承受住在现有技术中通常加载的拉应力。

利用按照本发明的方法，可以非常准确地通过激光照射控制各向异性地腐蚀的分断面或者凹空部的形状，并且避免腐蚀唇边的形成。

在第二程序步骤中进行至少一个腐蚀步骤，其中，例如氢氟酸造成的腐蚀作用的进展、尤其是速度、取决于改性的专门的特性。腐蚀作用也可以主要限于在一个侧面上，例如通过用抗腐蚀剂对衬底的单侧的涂层。

在另外的腐蚀步骤中，例如可以产生在切边上的半径。

例如下述湿化学的溶液可以实现为腐蚀介质：

氢氟酸：

-浓度1-20％

-温度5–40℃

-第二种酸H2SO4，H3PO4

氢氧化钾溶液：

-浓度10-60％

-温度85–160℃

利用按照现有技术的方法，至今不能实现具有足够断裂强度的、由玻璃制成的工程用掩膜，因为处理始终导致不可避免的微裂纹并且因此被排除作为模板使用，为了被使用，所述模板被绷紧到框架中并且在刮擦时承受很大的机械负载，与按照现有技术的方法不同的是，这些微裂纹按照本发明被避免。

通过把玻璃用作针对工程用掩膜的材料，可以更可靠地执行用于材料涂覆或者材料剥除的过程。因此可以实现下述另外的按照本发明的优点：

·更高的精度(无塑性变形)

·更大的硬度，即更抗磨蚀

·如硅、陶瓷一样的热膨胀

·更大的化学和机械抗性

·通过基于透明的特性的光学的方法导致简化定向。

附图说明

本发明允许不同的实施方式。为了进一步说明其基本原理，在附图中示出其中一个实施方式并在下文说明。附图中：

图1示出用按照本发明的方法制造的工程用掩膜的正视图；

图2示出剖切按照本发明地制造的开口在腐蚀处理之后的横截面；

图3示出剖切利用按照现有技术的方法制造的开口在腐蚀处理之后的横截面。

具体实施方式

下面根据附图1和2阐述按照本发明的用于由板形的衬底2制造工程用掩膜1的方法。板形的衬底2至少对于用于激光诱导的深度刻蚀的激光波长是透明的。它例如可以由玻璃、蓝宝石或者硅构成。

具有厚度s为几百微米的板形的衬底2为了尤其与闭合的轮廓3分离而借助未示出的激光射线通过激光器的脉冲沿预先定义的加工线4被改变(或者说改性)。为了切割轮廓3要注意的是，激光器的脉冲沿预先定义的加工线4施加并且在多个所产生的改性中心之间的间距仅为几微米。连接梁形式的加工线的局部的中断(即所谓的断裂线或虚断线或分离凸片(Breakouttabs))保证了待分离的轮廓3甚至在用腐蚀溶液处理之后也还暂时与板形的衬底2连接。

以这种方式被预处理的板形的衬底2在后续步骤中被用腐蚀溶液、例如氢氟酸或者氢氧化钾处理，由此使得玻璃衬底2的未被改变的区域均匀地和各向同性地被腐蚀。相较于衬底2的未被处理的区域，被改变的区域各向异性地反应，使得在被处理的部位处首先构成定向的凹部，直至最终衬底2的材料在该部位完全被溶解。通常，腐蚀步骤根据所使用的衬底2，衬底的厚度s以及腐蚀溶液的浓度而需要几分钟至几小时。

在此时刻，切割轮廓的、通过凹空部8分离的层仅由虚断线固持在剩余的板形衬底2中，使得在浸入稀释的或者中和的溶液之后以及在后续干燥之后，期望的层能从剩下的衬垫2分离出并且以此产生制作完成的工程用掩膜1。

开口可以在横截面中具有相对于一个表面从>5°至>35°的开口角度。这可以简化利用印刷物质的涂层，从待压印表面的脱离或者涂层过程，并且改善在材料涂覆或者材料剥除时的分辨率。

此外，如图2中所示，当衬底2的一侧用抗腐蚀剂5保护时，按照本发明地也可以实现板形的衬底2的单侧的腐蚀。在此例如使用铬层或者粘接膜。通过单侧的腐蚀可以实现的是产生在横截面中具有不同的高度剖面(或称为垂直剖面)的开口。

粘接膜可以额外地在框架中绷紧，这尤其简化了具有小于100μm的厚度s的薄玻璃的处理。在板形衬底2的厚度s为小于100μm的情况中，衬底2表现得与塑料膜类似并且因此在腐蚀槽中不能被固定在传统的固持器中。

若铬层被用作抗腐蚀剂5，则轮廓3甚至可以被完全切出。它们保持附着在铬层上并且不掉入腐蚀槽中。在去掉铬层的情况下，尤其在第二腐蚀池中去掉铬层的情况下，切出部同样被去掉并且不必被折断取出。

在使用所述工程用掩膜1时，它优选在框架中夹紧。在此，框架优选配设有用于绷紧掩膜的装置。在绷紧时，工程用掩膜1承受大的机械载荷。它可以通过卸荷结构6平衡，卸荷结构适用于通过变形消解出现的拉应力。借助该结构可实现的总变形明显大于材料的断裂伸长，而甚至也不会仅在局部超过该断裂伸长。这些卸荷结构6例如可以缝隙状地在衬底2的边缘区域中产生。

工程用掩膜可以至少在局部配设金属层。金属层例如可以被用于将掩膜磁性地固定。此外，金属层可以实现作为光学掩膜使用。

为了更好的理解，图3示出利用按照现有技术的方法的腐蚀处理，根据的是剖切这样制造的衬底2的横截面。如图所示，由于具有同样延伸和后续的各向同性的腐蚀剥除的点状的改变(或改性)、导致具有不确定的开口宽度的所谓腐蚀唇边7的产生。因为腐蚀过程各向同性地进行，即腐蚀率沿所有方向都是相同的，所以发生抗腐蚀剂5的底侧腐蚀，所产生的结构的直径因此不受控制地增大。这可以按照本发明地通过各向异性的腐蚀剥除被阻止。

为了将工程用掩膜用于材料涂覆或者材料剥除过程，需要准确的定位。在使用透明的材料作为板形的衬底的情况下可以实现光学的定位，即例如根据表面结构、凹部或者局部的涂层进行定位。

附图标记列表：

1掩膜

2衬底

3轮廓

4加工线

5抗腐蚀剂

6卸荷开口

7腐蚀唇边

8凹陷部

s厚度。

Claims (17)

1.一种用于制造工程用掩膜的方法，其特征在于，所述掩膜至少由板形的衬底构成，并且所述板形的衬底至少对于激光波长是透明的，并且掩膜的至少一个开口借助激光诱导的深度刻蚀制造，其中，掩膜除了由板形的衬底材料构成之外还由至少一个第二组件构成，所述第二组件配设有至少一个用于绷紧板形的衬底材料的装置，并且其中，板形的衬底材料至少部分地配设伸缩结构，和/或在板形的衬底(2)的边缘区域中设置缝隙式的卸荷开口(6)。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在激光诱导的深度刻蚀的情况中腐蚀作用至少暂时地单侧地进行。

3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述板形的衬底的材料从玻璃、硅、蓝宝石中选定。

4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在激光改性时或者腐蚀作用时的参数被选定，使得掩膜的开口具有>5°的开口角度。

5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，掩膜的开口具有>15°的开口角度。

6.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，掩膜的开口具有>25°的开口角度。

7.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，掩膜的开口具有>35°的开口角度。

8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二组件是框架。

9.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，卸荷开口(6)具有伸长的或者螺旋形的几何形状。

10.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，板形的衬底具有<250μm的厚度。

11.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，板形的衬底具有<150μm的厚度。

12.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，板形的衬底具有<75μm的厚度。

13.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，板形的衬底选择性地配设腐蚀遮盖膜，由此至少局部地阻止腐蚀作用，由此产生具有高度剖面的掩膜。

14.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述掩膜至少局部地配设金属层。

15.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，配设有改性部的衬底(2)在第一腐蚀溶液中被处理，使得轮廓(3)沿加工线(4)被完全分离并且仅仅通过含有铬作为基本的组成部分的抗腐蚀剂(5)与衬底(2)的邻接的区域连接，并且接着在另外的腐蚀溶液中所述抗腐蚀剂(5)被去掉并且被加工线(4)包围的区域被从衬底(2)分离出。

16.一种用于借助可反复使用的掩膜用以结构化地材料涂覆或者材料剥除的方法，其特征在于，所述掩膜按照上述权利要求1至15之一所述的方法 制造并且所述掩膜相对于待涂层的或者待剥除的材料定向。

17.按照权利要求16所述的用于借助可反复使用的掩膜用以结构化地材料涂覆或者材料剥除的方法，其特征在于，所述定向根据信息进行，所述信息根据掩膜上的表面结构、凹空部或者沉积的层获得。

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