DE102004001107B4 - Strukturierung auf Oberflächen mittels Folie - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung von Strukturen auf einer dreidimensionalen Oberfläche mit starker Topographie, insbesondere Kanten aufweisenden Oberfläche mit starker Topographie,
– bei dem eine Startschicht (7) auf der Oberfläche angeordnet wird,
– bei dem eine Folie (8) auf der Startschicht (7) angeordnet wird, wobei die Folie eine Öffnung aufweist und/oder mit einer Öffnung (9) versehen wird,
– bei dem die Startschicht (7) im Bereich der Öffnung (9) durch eine Verstärkung (10) verstärkt wird,
– bei dem die Folie (8) entfernt wird,
– bei dem die Startschicht (7) außerhalb des Bereichs der Verstärkung (10) entfernt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche eine Oberfläche mit starker Topografie im Bereich von 5 μm bis 2000 μm, insbesondere 200 μm bis 2000 μm ist.

Description

  • Auf einer Oberfläche mit einer starken Topografie (5 μm bis 2000 μm, insbesondere 200 μm bis 2000 μm) soll eine Schicht abgeschieden werden.
  • Bei den derzeitigen Lösungen wird in einem ersten Prozessschritt auf die Oberfläche eine leitfähige Schicht (Startschicht, Seed-Layer) beispielsweise durch Bedampfen oder Sputtern aufgebracht. Beim anschließenden fotolithographischen Prozess wird ein Fotolack aufgebracht und strukturiert, so dass die Bereiche offen liegen, in denen eine galvanische Verstärkung aufgebaut werden soll.
  • Die DE 199 19 031 C2 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines magnetoelastischen Sensors, der wenigstens eine Erregerspule und wenigstens eine Messspule mit Spulenkern umfasst. Das Verfahren umfasst ein Aufbringen wenigstens einer weichmagnetischen Schicht auf einem Trägersubstrat, ein Erzeugen der Spulen durch Aufbringen jeweils wenigstens einer planaren Spulenwicklung über der weichmagnetischen Schicht und ein Bilden von Spulenkernen durch Auffüllen eines im Zentrum der Spulen mittels Trockenätzen oder Laserablation herausstrukturierten Fensters mit einem weichmagnetischen Material, wobei diese Verfahrensschritte wenigstens einen Zyklus des Erzeugens einer metallischen Startschicht, des Auftragens einer Resistschicht, die in Form einer auflaminierten Folie auf der Startschicht aufgebracht werden kann, des Strukturierens der Resistschicht bis hinab auf die Startschicht und des galvanischen Aufwachsens umfasst.
  • Die DE 103 01 559 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Mikrostrukturen in Glas oder glasähnlichen Schichten. Hierzu wird ein Hilfssubstrat mit einer strukturierten Oberfläche, wobei es sich um eine vorstrukturierte Folie handeln kann, verwendet, wobei die Oberfläche eine Negativform für das herzustellende Erzeugnis definiert. Auf die strukturierte Oberfläche des Hilfssubstrats wird nun eine Schicht aus Glas oder einem glasähnlichen Material aufgedampft. Anschließend wird das Hilfssubstrat entfernt, so dass die Positivsstruktur freigelegt wird.
  • Die DE 101 09 786 A1 offenbart lediglich ein Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten.
  • Die DE 199 20 156 A1 offenbart eine Trägerplatte für die geordnete Aufnahme einer Vielzahl von Probenpartikeln, die insbesondere im automatisierten Laborbetrieb im Bereich der Analytik sowie der kombinatorischen Chemie zum Einsatz gelangt.
  • Die DE 103 50 829 A1 offenbart lediglich ein Verfahren zur Herstellung eines Multilayers auf ungebrannter Keramik.
    •
  • Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Strukturierung von Oberflächen mit starker Topografie zu verbessern und zu erleichtern.
  • Diese Aufgabe wird durch die im unabhängigen Patentanspruch genannte Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Dementsprechend wird in einem Verfahren zur Herstellung von, insbesondere elektrisch leitenden, metallischen, Strukturen auf einer Oberfläche zunächst eine, vorteilhaft leitfähige, Startschicht (Seed-Layer) auf der Oberfläche angeordnet. Die Oberfläche ist eine Oberfläche mit starker Topografie, das heißt eine Oberfläche mit Erhebungen zwischen 5 μm und 2000 μm, insbesondere zwischen 200 μm und 2000 μm. Auf der Startschicht wird eine Folie angeordnet, die an einer Stelle, an der eine Verstärkung der Startschicht erzeugt werden soll, bereits eine Öffnung aufweist und/oder nach ihrem Anordnen auf der Startschicht an einer solchen Stelle mit einer solchen Öffnung versehen wird. Die Folie erstreckt sich dabei insbesondere über eine Kante der Oberfläche. Die Startschicht wird im Bereich der Öffnung der Folie durch eine Verstärkung verstärkt. Die Verstärkung besteht insbesondere aus einer zweiten Schicht, die leitfähig und sehr viel dicker ist als die Startschicht. Danach werden die Folie beispielsweise durch Lösen in Lauge und die Startschicht außerhalb des Bereiches der Verstärkung beispielsweise durch einen Ätzprozess entfernt. Die Entfernung von Folie und leitfähiger Schicht erfolgt großflächig und – mit Ausnahme der Startschicht im Bereich der Verstärkung – insbesondere vollständig.
  • Gemäß den obigen Ausführungen ist die Folie insbesondere eine vorstrukturierte Folie, die die Öffnung bereits vor dem Anordnen der Folie auf der Oberfläche aufweist.
  • Alternativ oder ergänzend kann die Folie aber auch zuerst auf der Oberfläche angeordnet und dann mit der Öffnung versehen werden, also strukturiert werden. Diese Strukturierung kann mit Hilfe eines Lasers, in einem Plasmaprozess und/oder durch Fotolithographie/Ätzen erfolgen.
  • Die Folie wird vorteilhaft auflaminiert und/oder aufgeklebt.
  • Vorzugsweise besteht die Startschicht aus einem anderen Material als ihre Verstärkung. Dadurch ist ein selektives Entfernen der Startschicht möglich, ohne die Verstärkung anzugreifen. Beispielsweise kann die Startschicht aus Titan und die Verstärkung aus Kupfer bestehen. Allerdings ist es nicht unbedingt notwendig, Startschicht und Verstärkung aus unterschiedlichen Materialien aufzubauen, da bei einer ausreichenden Dicke der Verstärkung der von ihr beim Entfernen der Startschicht abgetragene Teil nicht wesentlich ist.
  • Die Startschicht kann im Bereich der Öffnung durch galvanische und/oder außenstromlose Verstärkung verstärkt werden.
    •
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
  • 1 bis 5 Verfahrensschritte einer 3D-Folien-Laser-Strukturierung.
  • Die Erfindung bezieht sich auf die Strukturierung von Oberflächen mit starker Topografie, beispielsweise hohem Aspektverhältnis. Das Verfahren ist einsetzbar für Chips, Sensoren, Aktoren, MEMS, aktive und passive Bauelemente. Es kann als Technologie zum Umverdrahten verwendet werden.
  • 1 zeigt eine Oberfläche eines Substrates 1 mit starker Topografie. Die starke Topografie der Oberfläche des Substrates 1 ergibt sich aus der Tatsache, dass im Substrat 1 ein Graben 2 verläuft. Durch diesen Graben 2 werden in der Oberfläche des Substrats 1 zwei Außenkanten 3, 4 und zwei Innenkanten 5, 6 gebildet, die jeweils einen Winkel von etwa 90 Grad aufweisen.
  • Auf die Oberfläche ist beispielsweise durch Bedampfen oder Sputtern eine Startschicht 7 aufgebracht, durch die die Oberfläche metallisiert ist.
  • Im nächsten, in 2 dargestellten Schritt, wird auf die auf der Oberfläche des Substrats 1 angeordnete Startschicht 7 ganzflächig eine Folie 8 beispielsweise durch Laminieren oder Kleben aufgebracht.
  • Anschließend wird die Folie 8, wie in 3 dargestellt, in einem Bereich, in dem das Substrat 1 später eine leitende Struktur aufweisen soll, mit einer Öffnung 9 versehen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Öffnung 9 über eine Außenkante 3 und eine Innenkante 5 des Grabens 2 im Substrat 1. Andererseits werden die andere Innenkante 6 und die andere Außenkante 4 des Grabens 2 des Substrats 1 weiterhin von der Folie 8 bedeckt, so dass dort keine Verstärkung der Startschicht 7 erfolgen kann.
  • Im in 4 dargestellten Verfahrensschritt wird die Startschicht im Bereich der Öffnung 9 der Folie 8 durch eine Verstärkung 10 verstärkt. Das Verstärken kann galvanisch oder stromlos geschehen, also allgemein durch elektrochemische Abscheidung.
  • Danach wird zunächst die Folie 8 entfernt und schließlich die Startschicht 7 außerhalb des Bereiches ihrer Verstärkung 10. Dies ist in 5 dargestellt.
  • Als Folie kann beispielsweise eine fotoempfindliche, strukturierbare Folie zum Einsatz kommen, die mit Licht strukturiert und dann entwickelt werden kann. Danach wird der unbelichtete Teil der Folie beispielsweise in Sodawasser gelöst. Es erfolgt die galvanische Verstärkung, auf die folgend der belichtete Teil der Folie beispielsweise in Lauge gelöst und dadurch entfernt wird. Schließlich wird die Metallisierung, das heißt die Startschicht weggeätzt, die unter dem belichteten Teil der Folie war.
  • Alternativ oder ergänzend kann eine Strukturierung der Folie durch Laser- und Wasserstrahlschneiden erfolgen und die Folie rückstandsfrei abgezogen statt aufgelöst werden. Hierfür sind beispielsweise Mounting-Folien geeignet, die elastisch genug sind, um über die Topografie gezogen werden zu können.
  • Alternativ oder ergänzend wird eine vorstrukturierte Folie auf das Substrat bzw. die Startschicht aufgebracht, die bereits Löcher an den gewünschten Stellen hat. Analog zu oben wird die Folie hier nach der galvanischen Abscheidung entfernt.
  • Die Folie weist vorteilhaft folgende technische Merkmale auf:
    • – Die Folie ist so elastisch, dass sie sich der Topografie des Substrats unter geeigneten Prozessbedingungen anpasst. Dies ist zum Beispiel mit thermoformbaren Folien möglich.
    • – Die Folie haftet auf der Oberfläche, so dass Flüssigkeiten nicht in die Grenzfläche zwischen Substrat und Folie eindringen können.
    • – Die Folie lässt sich beispielsweise durch Fotolithographie oder durch einen Laserprozess strukturieren. Es können also fotosensitive und nicht-fotosensitive Folien verwendet werden.
    • – Die Folie ist galvanisch dicht und resistent gegenüber beispielsweise galvanischen Prozessen.
    • – Die Folie lässt sich rückstandsfrei entfernen. Das Entfernen kann beispielsweise mechanisch, chemisch, durch Laser, in einem Plasmaprozess und/oder über Fotolithographie erfolgen.
  • Die oben beschriebenen Verfahren sind leicht durchführbar. Bei geeigneter Wahl der Folie und der Strukturierungsmaßnahmen sind sie schnell und kostengünstig.

Claims (7)

  1. Verfahren zur Herstellung von Strukturen auf einer dreidimensionalen Oberfläche mit starker Topographie, insbesondere Kanten aufweisenden Oberfläche mit starker Topographie, – bei dem eine Startschicht (7) auf der Oberfläche angeordnet wird, – bei dem eine Folie (8) auf der Startschicht (7) angeordnet wird, wobei die Folie eine Öffnung aufweist und/oder mit einer Öffnung (9) versehen wird, – bei dem die Startschicht (7) im Bereich der Öffnung (9) durch eine Verstärkung (10) verstärkt wird, – bei dem die Folie (8) entfernt wird, – bei dem die Startschicht (7) außerhalb des Bereichs der Verstärkung (10) entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche eine Oberfläche mit starker Topografie im Bereich von 5 μm bis 2000 μm, insbesondere 200 μm bis 2000 μm ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine vorstrukturierte Folie verwendet wird, die die Öffnungen bereits vor dem Anordnen der Folie auf der Startschicht aufweist.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Folie (8) zuerst auf der Startschicht (7) angeordnet und dann mit der Öffnung (9) versehen wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Folie (8) auflaminiert und/oder aufgeklebt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Startschicht (7) aus einem anderen Material besteht als die Verstärkung (10).
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Startschicht (7) im Bereich der Öffnung (9) galvanisch verstärkt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Startschicht (7) im Bereich der Öffnung (9) außenstromlos verstärkt wird.
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