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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein
Verfahren zum Bearbeiten eines Substrates. Die Erfindung beschreibt
eine Maskentechnikvorrichtung und ein Maskierungsverfahren, die
einen formschlüssigen Kontakt mit einer Substratoberfläche
gewährleisten kann und die zudem auch in einem durchlaufenden
Verfahren eingesetzt werden kann.
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Das
technische Anwendungsgebiet der hier beschriebenen Erfindung ist
eine Maskierungstechnik zur strukturierten Bearbeitung einer Substratoberfläche.
Auf einem Substrat soll ein Prozessschritt ausgeführt werden,
der auf bestimmte Bereiche der Oberfläche des Substrates
beschränkt bleibt. Hierfür werden allgemein Maskentechniken
eingesetzt. Ein Beispiel ist die Verwendung von Fotolack, der auf
das Substrat aufgebracht wird, über eine Fotomaske belichtet
wird, die Strukturen im Lack entwickelt werden, ein Prozessschritt
zum Auftragen bzw. Entfernen einer Beschichtung durchgeführt
wird und zuletzt die Fotolackmaske wieder chemisch entfernt wird.
Dies erfordert im Allgemeinen jedoch viele Prozessschritte und kann
nur bei hochwertigen Produkten in dieser Form durchgeführt
werden. Eine Alternative ist die Verwendung von sogenannten Schattenmasken.
In diesem Fall wird eine Maske mit definierten Strukturen bzw. Öffnungen
auf ein Substrat gelegt oder gepresst und anschließend
ein Prozessschritt ausgeführt, der dann auf die Bereiche
des Substrates beschränkt bleibt, an dem die Schattenmaske Öffnungen
aufweist. Im Allgemeinen ist die erzielbare Strukturgenauigkeit
von konventionellen Schattenmasken dadurch begrenzt, dass die Maske
nicht formschlüssig mit dem Substrat in Kontakt steht.
Dies führt dazu, dass ein Prozessschritt auch eine Wirkung
im Randbereich der Strukturen unterhalb der Schattenmaske ausübt
und die Struktur ihre geometrische Präzision verliert.
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In
der
US-Patentschrift (US 5,751,538 )
wird eine Schattenmaske beschrieben, welche durch eine elektrostatische
Kraft auf einen statischen Maskenhalter fixiert ist. Durch die Öffnungen
in der Maske kann ein unter dem Maskenhalter angeordnetes Substrat
mit einem Teilchenstrahl Wechselwirken.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und
ein Verfahren zur strukturierten Bearbeitung eines Substrates mit
einer Maskierungstechnik, die einen formschlüssigen Kontakt mit
der Substratoberfläche gewährleisten kann und die
zudem auch in einem durchlaufenden Verfahren eingesetzt werden kann,
zu schaffen.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe durch die Vorrichtung nach Anspruch 1 sowie dem Verfahren
gemäß Anspruch 19 gelöst.
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Die
vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zum Bearbeiten eines
Substrates, mit einer Einrichtung zum Zuführen des Substrates,
mit einer Einrichtung zum Fixieren einer Schattenmaske und einer
Einrichtung zum Liefern eiens Prozessmittels. Die Schattenmaske
weist eine Öffnung und einen Randbereich, der die Öffnung
begrenzt auf, so dass der Randbereich der Schattenmaske das Substrat beim
Fixieren berührt. Die Einrichtung zum Fixieren ist ausgebildet,
um eine Fixierung der Schattenmaske in einer ersten Zeitdauer um
eine reduzierte oder keine Fixierung der Schattenmaske in einer
zweiten späteren Zeitdauer zu liefern. Außerdem
weist die Vorrichtung zum Bearbeiten eines Substrates eine Einrichtung
zum Liefern eines Prozessmittels, das über die Öffnung
der Schattenmaske auf das Substrat wirkt, auf.
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Die
vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Bearbeiten
eines Substrates durch das Zuführen eines Substrates, durch
das Fixieren einer Schattenmaske mit einer Öffnung und
einem Randbereich, der die Öffnung begrenzt, auf einem Substratabschnitt,
so dass der Randbereich der Schattenmaske das Substrat während
einer ersten Zeitdauerberührt. Ferner umfasst das Verfahren
ein Liefern mindestens eines Prozessmittels, das über die Öffnung
der Schattenmaske auf das Substrat wirkt und einem Reduzieren der
Fixierung oder ein Separieren der Schattenmaske von dem Substratabschnitt
in einer zweiten späteren Zeitdauer.
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Die
vorliegende Erfindung weist den Vorteil auf, dass gemäß Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beispielsweise die Bearbeitung des Substrates
kontinuierlich erfolgen kann. Beispielsweise können sowohl
die Schattenmaske als auch das Substrat kontinuierlich zugeführt
werden. Gemäß Ausführungsbeispielen der
vorliegenden Erfindung kann die Schattenmaske beispielsweise durch elektrostatische
oder magnetische bzw. elektromagnetische Kräfte kontinuierlich
auf einen sich ändernden Substratabschnitt eines kontinuierlich
zugeführten Substratbandes kontinuierlich fixiert sein,
und somit ein kontinuierliches Zuführen eines Prozessmittels
ermöglicht werden. Sowohl das Substrat als auch die Schattenmaske
kann dabei als Folie ausgebildet sein.
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Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein
prinzipielles Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der
vorliegenden Erfindung;
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3 die
schematische Darstellung der Einwirkung eines Prozessmittels auf
einen Substratabschnitt einer Vorrichtung gemäß 2;
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4 zeigt
die schematische Querschnittsdarstellung für ein kontinuierliches
Bearbeiten eines Substrates gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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5 zeigt
das schematische Einwirken eines Prozessmittels auf einen Substratabschnitt
in einem kontinuierlichen Rolle-zu-Rolle-Verfahren gemäß einem
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
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6 ein
schematisches Blockdiagramm zum Verfahren zum Bearbeiten eines Substrates
gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Im
Nachfolgenden werden Bezug nehmend auf die beiliegenden 1 bis 6 Ausführungsbeispiele
von dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen
Vorrichtung zum Bearbeiten eines Substrates detailliert dargelegt.
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Bezüglich
der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele
sollte beachtet werden, dass in den unterschiedlichen Figuren für
funktional identische bzw. gleichwirkende oder funktionsgleiche, äquivalente
Elemente oder Schritte zur Vereinfachung in der gesamten Beschreibung
die gleichen Bezugszeichen verwendet werden.
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In 1 ist
die Vorrichtung zum Bearbeiten eines Substrates schematisch in einem
Blockdiagramm dargestellt. Die Vorrichtung 100 zum Bearbeiten
eines Substrates weist eine Einrichtung 110 zum Zuführen
des Substrates 112, eine Einrichtung 120 zum Fixieren
einer Schattenmaske 122 mit einer Öffnung 123 und
einem Randbereich 122a, der die Öffnung 123 begrenzt,
auf einem Substratabschnitt 113 auf, so dass der Randbereich 122a der
Schattenmaske 122 das Substrat 112 berührt,
wobei die Einrichtung zum Fixieren 120 ausgebildet ist,
um eine Fixierung des Substratabschnittes 112a in einer
ersten Zeitdauer und eine reduzierte oder keine Fixie rung der Schattenmaske 122 in
einer zweiten, späteren Zeitdauer zu liefern. Ferner weist
die Vorrichtung 100 eine Einrichtung 150 zum Liefern
eines Prozessmittels, das über die Öffnung 123 der
Schattenmaske 122 auf das Substrat 112 wirken
kann.
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In
dem Ausführungsbeispiel in 2 weist die
Einrichtung 110 zum Zuführen des Substrates eine
Abwickelrolle 124 und eine Aufwickelrolle 126 für
ein flexibles Substratband 112 auf. In diesem Ausführungsbeispiel
kann es sich also um ein flexibles Substrat handeln, das in einem
Rolle-zu-Rolle-Verfahren bearbeitet wird. Die Einrichtung 120 zum
Fixieren einer Schattenmaske kann, wie in diesem Ausführungsbeispiel
gezeigt, eine Spannungsquelle 128 aufweisen, des Weiteren
kann die Schattenmaske aus einem leitfähigen Material bestehen
bzw. eine leitfähige Schicht aufweisen. Die Schattenmaske kann
als eine Folienmaske mit leitfähiger Schicht ausgebildet
sein, welche mehrere Öffnungen bzw. Strukturmuster 123 aufweist.
Die Spannungsquelle 128 kann über Zuführungen
die leitfähige Schattenmaske 122, welche auf einer
ersten Seite des Substrates 112a angeordnet ist, auf ein
erstes elektrisches Potential und eine Gegenelektrode 125,
welche auf einer zweiten Seite 112b des Substrates 112 angeordnet
ist, auf ein zweites elektrisches Potential legen. Dadurch ist die
leitfähige Schattenmaske 122 aufgrund einer elektrostatischen
Kraft zwischen der auf dem ersten elektrischen Potential liegenden
leitfähigen Schattenmaske 122 und der auf dem
zweiten elektrischen Potential liegenden Gegenelektrode 125 auf
einem Substratabschnitt 113 des Substratbandes fixiert.
Das Substrat 112 ist also zwischen der Schattenmaske und
der Gegenelektrode 125 angeordnet.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Gegenelektrode 125,
welche auf der zweiten Seite 112b des Substrates 112 angeordnet
ist, ebenfalls als eine zweite leitfähige Schattenmaske
ausgebildet. Das heißt, die Gegenelektrode kann auch Öffnungen 123 aufweisen,
durch die, das durch die Einrichtung 150 zum Liefern eines
Prozessmittels zur Verfü gung gestellten Prozessmittel auf
die zweite Seite des Substrates 112 wirkt.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
weist die Vorrichtung 100 ferner eine Steuervorrichtung
auf, die so ausgebildet ist, dass sie Signale zur Verfügung
stellt, welche die Einrichtung zum Fixieren 120 veranlassen,
eine Fixierung der Schattenmaske auf einem Substratabschnitt während
einer ersten Zeitdauer zu liefern, und welche während der
zweiten Zeitdauer die Einrichtung zum Fixieren veranlassen, eine
reduzierte oder keine Fixierung der Schattenmaske zu liefern und
eine Aufwickelrolle 116 so antreiben, dass in der ersten
Zeitdauer der Substratabschnitt 113 sich relativ zu der Schattenmaske 122 nicht
bewegt und in der zweiten Zeitdauer der Substratabschnitt 113 sich
relativ zu der Schattenmaske 122 bewegt. In anderen Worten, die
Vorrichtung 100 kann so gesteuert sein, dass während
der zweiten Zeitdauer, in der die Schattenmaske das Substrat nicht
berührt, die Aufwickelrolle angetrieben wird, so dass die
Schattenmaske während einer nachfolgenden ersten Zeitdauer
auf einem anderen Substratabschnitt des Substratbandes fixiert werden
kann. Das heißt, das Substratband stoppt und die Spannungsquelle
wird eingeschaltet, um durch die anziehenden elektrostatischen Kräfte
zwischen der Schattenmaske und der Gegenelektrode ein formschlüssiges
Fixieren der Schattenmaske auf dem anderen Substratabschnitt 113 zu
erreichen. Danach kann eine Bearbeitung des neuen Substratabschnittes
des Substratbandes erfolgen. Die Wirkung des Prozesses bzw. des
Prozessmittels bleibt dabei auf die offenen Bereiche 123 der
Maske beschränkt. Anschließend kann die Steuervorrichtung wieder
das Abschalten der elektrischen Potentialdifferenz zwischen der
Folienmaske und Gegenelektrode durch die Spannungsquelle steuern,
so dass eine reduzierte oder keine Fixierung der Schattenmaske auf
dem Substrat vorliegt und das Substratband weiter aufgewickelt werden
kann.
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Eine
reduzierte Fixierung kann eine Verringerung der Haltekraft, beispielsweise
der anziehenden elektrostatischen Kraft bedeuten.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
kann die Einrichtung 120 zum Fixieren einer Schattenmaske
einen Elektromagneten, welcher auf einer zweiten Seite des Substrates
angeordnet ist, aufweisen, durch welchen an eine ferromagnetische
Schattenmaske eine magnetische Kraft anlegt werden kann, so dass
die ferromagnetische Schattenmaske, welche auf einer ersten Seite des
Substrates angeordnet ist, auf einen Substratabschnitt fixierbar
ist. Der Substratabschnitt liegt dabei zwischen der Schattenmaske
und dem Elektromagneten. Die Anordnung entspricht also der Anordnung der
leitfähigen Schattenmaske und der Gegenelektrode in 2.
Die Einrichtung zum Zuführen des Substrates kann in diesem
Ausführungsbeispiel ebenfalls eine Abwickelrolle und eine
Aufwickelrolle für ein Substratband aufweisen.
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Für
die Maskierungstechnik auf einem durchlaufenden Substratband, welches
z. B. aus Polyethylenterephthalat (PET) oder aus Polyimid bestehen
kann, kann eine flexible Folienmaske als Schattenmaske eingesetzt
werden. Diese flexible Folienmaske kann dann auf der Oberseite 112a des
Substratbandes 112 durch elektrostatische oder elektromagnetische
Kräfte formschlüssig fixiert werden. Durch die
Verwendung einer flexiblen Folienmaske als Schattenmaske kann sich
die Folienmaske eventuellen Substratunebenheiten oder Substratstrukturen
anpassen und so ein formschlüssigen Kontakt mit dem Substratband
bzw. dem Substratabschnitt hergestellt werden.
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Wie
in 3 schematisch dargestellt ist, können
solange die Folienmaske in engem Kontakt auf dem Substratband fixiert
ist, ein oder mehrere Prozessschritte 152 ausgeführt
werden, wobei die Wirkung des Prozesses, beispielsweise die Einwirkung
eines Plasmas oder ein Materialauftrag bzw. eine Materialabscheidung,
auf das Substratband nur auf die offenen Bereiche der Folienmaske
beschränkt bleibt. Die Schattenmaske 122 kann
entweder abschnittsweise auf dem Band fixiert werden oder auch, wie
in 4 dargestellt, selbst als ein umlaufendes Band
in einem kontinuierlichen Verfahren mit dem Substratband über
eine bestimmte Teilstrecke in Kontakt gebracht werden.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
weist die Einrichtung zum Fixieren einer Schattenmaske ferner eine
mechanische Einrichtung auf, welche ausgebildet ist, um die Schattenmaske
in der zweiten Zeitdauer von dem Substratabschnitt abzuheben oder
in der ersten Zeitdauer so weit anzunähern, dass eine Fixierung
der Schattenmaske auf dem Substratabschnitt durch eine elektrostatische
oder elektromagnetische Kraft durchführbar ist. Das heißt,
die Schattenmaske kann durch eine mechanische Vorrichtung, wie z.
B. Federn oder ähnliche mechanische Vorrichtungen, so weit
an das Substrat herangeführt werden, dass beispielsweise
durch das Anschalten der Spannungsquelle und der dadurch entstehenden
elektrostatischen Kraft zwischen der Schattenmaske und einer unter
dem Substrat liegenden Gegenelektrode eine Fixierung der Schattenmaske
auf dem Substrat erreicht wird.
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In 4 ist
die schematische Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel
sind sowohl die Folienmaske bzw. Schattenmaske 122 als
auch die Gegenelektrode 125 als Bänder ausgeführt,
die über umlaufende Rollen an das Substratband angenähert
werden. Dies ermöglicht eine kontinuierliche Rolle-zu-Rolle-Prozessierung des
Substratbandes 112.
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In
dem Ausführungsbeispiel in 4 weist die
Einrichtung 110 zum Zuführen des Substrates wieder
eine Abwickelrolle 124 und eine Aufwickelrolle 126 zum
kontinuierlichen Zuführen eines flexiblen Substratbandes 112 auf.
Ferner weist die Einrichtung 120 zum Fixieren einer Schattenmaske 122 eine Spannungsquelle 128 auf,
um eine Schattenmaske 122, welche als leitfähiges
Schattenmaskenband ausgebildet ist und über eine erste
Rolle 130 und eine zweite Rolle 132 von einer
ersten Seite 112a kontinuierlich an das Substratband 112 angenähert wird,
auf ein erstes elektrisches Potential zu legen und eine Gegenelektrode 125,
welche auf einer zweiten Seite des Substrates 112b angeordnet
ist, auf ein zweites elektrisches Potential zu legen. Die Spannungsquelle
ist über Zuleitungen mit dem Schattenmaskenband und der
Gegenelektrode verbunden. Aufgrund einer elektrostatischen Kraft
zwischen dem leitfähigen Schattenmaskenband und der Gegenelektrode
ist ein Schattenmaskenabschnitt 114 des leitfähigen
Schattenmaskenbandes 122 kontinuierlich fixiert. Die Gegenelektrode 125 ist
als Gegenelektrodenband ausgeführt, das über eine
dritte 134 und vierte Rolle 136 von der zweiten
Seite 112b des Substrates kontinuierlich an das Substratband 112 angenähert
wird. Mit dieser Vorrichtung kann also eine Substratfolie kontinuierlich
bzw. durchlaufend prozessiert werden. Das heißt, es ist
denkbar, das die Einrichtung zum Liefern eines Prozessmittels kontinuierlich
ein Prozessmittel liefert, das durch die kontinuierlich zugeführten
und fixierten Öffnungen des Schattenmaskenbandes auf das
kontinuierlich zugeführte Substratband wirkt. Es ist also
ein durchgehender Maskierungs- und Prozessierungablauf möglich.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
kann das Gegenelektrodenband 125 wieder als ein zweites
leitfähiges Schattenmaskenband ausgebildet sein, so dass
ein Prozessmittel zeitgleich auch auf die zweite Seite 112b des Substratbandes
durch die Öffnung des zweiten Schattenmaskenbandes auf
das Substrat wirken kann.
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In
einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
kann die Einrichtung zum Fixieren einer Schattenmaske einen oder
mehrere Elektromagneten aufweisen, welche als ein Band mit Elektromagneten
ausgebildet ist, das über eine dritte und vierte Rolle,
wie in 4 für die Gegenelektrode dargestellt,
von einer zweiten Seite des Substrates kontinuierlich an das Substratband
angenähert wird und durch das auf eine Schattenmaske, welche
als ferromagnetisches Schattenmaskenband ausgebildet ist und welches über
eine erste und zweite Rolle von einer ersten Seite des Substrates
kontinuierlich an das Substratband angenähert wird, eine
elektromagnetische Kraft anlegbar ist, so dass ein Schattenmaskenabschnitt
auf einen Substratabschnitt kontinuierlich fixiert ist. Das heißt,
es ist auch ein kontinuierliches Maskierungstechnik-Verfahren bzw.
eine Vorrichtung zur Durchführung einer kontinuierlichen Maskierungstechnik
möglich, bei der sich eine Schattenmaske und ein Magnet
aufgrund von magnetischen Kräften so anziehen, dass die
Schattenmaske in einem durchlaufenden bzw. kontinuierlichen Prozess
auf einem Substratabschnitt fixierbar ist, so dass eine Einwirkung
eines Prozessmittels durch die Öffnung der Schattenmaske
auf das Substrat erfolgen kann.
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Es
ist auch denkbar, dass die Einrichtung zum Fixieren einer Schattenmaske
ein Permanentmagnetband aufweist, das über eine dritte
und vierte Rolle an das Substratband kontinuierlich angenähert wird
und durch das auf eine Schattenmaske, welches als ferromagnetisches
Schattenmaskenband ausgebildet ist, welches über eine erste
und zweite Rolle von einer Oberseite des Substrates kontinuierlich
an das Substratband angenähert wird, eine magnetische Kraft
ausgeübt wird, so dass eine kontinuierliche Fixierung des
Schattenmaskenabschnittes auf einem Substratabschnitt erfolgt.
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In 5 ist
schematisch dargestellt, wie während des kontinuierlichen
Rolle-zu-Rolle-Verfahrens ein oder mehrere Prozessmittel 152 kontinuierlich
auf einen Substratabschnitt über die Öffnungen 123 einwirken
können. Die Vorrichtung 100 weist eine Abwickelrolle 124,
eine Aufwickelrolle 126, ein Substratband 112 sowie
eine erste Rolle 130, eine zweite Rolle 132 mit
einem Maskenband 122 und entsprechende Öffnungen 123 auf,
sowie ein Gegenelektrodenband 125, das durch eine dritte
Rolle 134 und eine vierte Rolle 136 von der zweiten
Seite 112b an das Substratband angenähert wird.
Des Weiteren ist eine Spannungsquelle 128 dargestellt,
die das Gegenelektrodenband 125 und das Schattenmaskenband 122 auf
eine Potentialdifferenz legen kann, dass ein Schattenmaskenbandabschnitt 114 des Schattenmaskenbandes 122 kontinuierlich
auf einen Substratabschnitt 113 fixiert ist.
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Die
Vorrichtung 100 kann in einem weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ferner eine Steuervorrichtung aufweisen,
die so ausgebildet ist, Signale zur Verfügung zu stellen,
welche mindestens eine der Abwickelrolle, der Aufwickelrolle, der
ersten, der zweiten, der dritten oder der vierten Rolle antreiben,
so dass eine kontinuierliche Fixierung eines sich ändernden
Schattenmaskenabschnittes auf einem sich ändernden Substratabschnitt
erfolgt. In anderen Worten, mindestens eine Rolle wird so angetrieben,
dass eine kontinuierliche und synchrone Zuführung des Substratbandes,
des Schattenmaskenbandes und des Gegenelektroden- bzw. des Bandes
mit den Elektromagneten erfolgt, so dass eine kontinuierliche Fixierung
eines Schattenmaskenabschnittes auf einem Substratabschnitt erfolgt.
Es tritt also kein Verrutschen des kontinuierlich auf einen Substratabschnitt
zu fixierenden Schattenmaskenabschnittes während der ersten
Zeitdauer auf.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
ist der Abstand der ersten und zweiten Rolle gegenüber
dem Abstand der dritten und vierten Rolle unterschiedlich, beispielsweise kann
der Abstand der dritten und vierten Rolle geringer sein als der
Abstand der ersten und zweiten Rolle. Dadurch kann die elektrostatische
bzw. magnetische Haltekraft der Schattenmaske im Randbereich automatisch
auf Null fallen und die Schattenmaske bzw. Folienmaske kann praktisch
kräftefrei vom Substratband abheben.
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Eine
elektrostatische Fixierung kann vorteilhaft sein, da hier sehr hohe
Antriebskräfte realisiert werden können. In diesem
Fall wirkt die Haltekraft zwischen der Folienmaske bzw. der Schattenmaske, an
die ein Gleichspannungspotential angelegt wird und einer unterhalb
des Substratbandes angeordneten Gegenelektrode. Die Elektroden können
isoliert sein, um mögliche elektrische Kontakte zu eventuell vorhandenen
Leiterbahnstrukturen auf dem Substratband zu verhindern. Für
einen vollständig kontinuierlichen Maskenprozess können
sowohl Folienmaske als auch Gegenelektrode als leitfähige
geschlossene Folienrolle, z. B. eine Metallfolie oder eine leitfähig beschichtete
Kunststofffolie, ausgeführt sein. In diesem Fall können
die Folienelektroden über Rollen von oben und unten an
das Substratband geführt werden. Durch die elektrostatische
Aufladung der Folienelektroden wird ein enger Kontakt der Maske
auf dem Substrat gewährleistet. In diesem Fall kann ein Verrutschen
zwischen dem Substratband und den Folienelektroden (der Schattenmaske
und der Gegenelektrode) relativ zueinander verhindert werden. Ein
Verrutschen könnte zu Kratzern oder einer Verschmutzung
des Substratbandes bzw. zu einer Einwirkung des Prozessmittels auf
unerwünschte Stellen des Substratbandes führen.
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Die
Ablösung der elektrostatisch fixierten Folienmaske im kontinuierlichen
Verfahren kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Gegenelektrode
unterhalb des Substratbandes in ihrer Breite in Laufrichtung des
Substratbandes kürzer ausgeführt ist, als der
Auflagebereich der oben geführten Folienmaske. Somit kann
die elektrostatische Haltekraft im Randbereich automatisch auf Null
zurückgehen und die Folienmaske kann praktisch kräftefrei
vom Substratband abheben.
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Eine
präzise Ausrichtung der Folienmaske zum Substratband bzw.
eine Justage zu schon bereits vorhandenen Strukturen auf dem Substratband kann
beispielsweise über eine Randper foration des Substratbandes
und des Maskenbandes ermöglicht werden.
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Eine
noch genauere Justage kann im so genannten Step- and Repeat-Verfahren
einer Folienmaske erreicht werden. In diesem Fall kann die Maske
jeweils für einen bestimmten Abschnitt auf dem Substratband
geometrisch genau ausgerichtet werden. Die Folienmaske wird dann
abgesenkt und die Spannung eingeschaltet. Nun kann auf dem maskierten
Substratbandbereich ein oder mehrere gewünschte Prozessschritte
erfolgen. Das heißt, die Einrichtung zum Liefern eines
Prozessmittels kann eine oder mehrere Prozessmittel liefern. Danach
wird die Haltespannung abgeschaltet und die Maske etwas angehoben.
Somit kann das Substratband weitertransportiert werden. Diese Abfolge
wiederholt sich dann regelmäßig.
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Es
sollte darauf hingewiesen werden, dass die oben erwähnten
Abwickel-, Aufwickel-, erste, zweite, dritte und vierte Rollen beispielsweise
auch als Zahnräder oder sonstige Einrichtungen, welche geeignet
sind, das Schattenmaskenband, das Substratband bzw. das Gegenelektrodenband
kontinuierlich zuzuführen, ausgebildet sein können.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel zur technischen Ausführung
der elektrostatisch fixierten Folienmaske kann die Schattenmaske
sowohl als eine Metallfolienmaske, z. B. eine Edelstahlfolie, oder
auch als eine leitfähig beschichtete Kunststofffolie, wie
z. B. Polyimid ausgebildet sein. Eine leitfähig beschichtete
Kunststofffolie kann vorteilhaft sein, wenn auf dem Substratband
schon Strukturen vorhanden sind, z. B. empfindliche Schichten, Schaltkreise
bzw. Leiterbahnen die nicht verkratzt oder beschädigt werden
dürfen. Metallisierte Kunststofffolienmasken können
beispielsweise mittels Laserbearbeitung oder hochauflösender
Fototechnik mit feinstrukturierten Öffnungen versehen werden.
Dünne metallisierte Kunststofffolien, die als Schattenmasken
eingesetzt werden, können sich besonders eng an die zu maskierende
Oberfläche des Substrates anschmiegen, was ein Vorteil
für die Randschärfe des Maskenprozesses bedeutet.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
weist die Schattenmaske bzw. das Schattenmaskenband und/oder die
Gegenelektrode eine isolierende Schicht auf, die zum Substrat bzw.
zu dem Substratabschnitt hin gerichtet ist. Außerdem eine
leitfähige Schicht, die direkt oder indirekt mit der isolierenden
Schicht so verbunden ist, dass sie den Substratabschnitt bzw. das
Substrat nicht kontaktieren kann. Dabei haben die leitfähige und
die isolierende Schicht der Schattenmaske bzw. und/oder der Gegenelektrode
dieselbe Struktur, damit ein Prozessmittel durch die isolierende
Schicht und die leitfähige Schicht hindurch auf einen Substratabschnitt
wirken kann.
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Wird
also beispielsweise ein Substratband mit schon vorhandenen Oberflächenstrukturen
bearbeitet, kann eine Schattenmaske bzw. eine Gegenelektrode verwendet
werden, die an ihrer Unterseite, also der Seite die zum Substrat
hin gerichtet ist, mit einer elektrischen Isolationsschicht versehen
ist, um Spannungsschäden bzw. Kurzschlüsse auf
dem Substratband zu verhindern. Das Gleiche gilt in analoger Weise
für die Gegenelektrode unterhalb des Substratbandes. Auch
hier kann eine elektrische Isolationsschicht eine mechanische oder
elektrische Beschädigung des Substratbandes verhindern.
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Wird
eine Fixierung der Schattenmaske durch eine elektromagnetische Kraft
bzw. durch eine magnetische Kraft durchgeführt, so sollte
die Folienmaske ein leicht magnetisierbares Material aufweisen.
Beispielsweise kann die Schattenfolienmaske ein ferromagnetisches
Material, wie z. B. Eisen, Kobalt-, oder Nickel aufweisen. Diese
Materialien weisen eine hohe magnetische Permeabilität
auf. Die Steuerung der Haltekraft kann dann beispielsweise über
eine Anordnung von Elektromagneten unterhalb des Substratbandes
erfolgen. Dadurch kann die Schattenmaske definiert fixiert und wieder gelöst werden.
Im Falle eines durchlaufenden Verfahrens und einer geschlossenen
Maskenrolle, können auch die Elektromagneten unterhalb
des Substratbandes auf einem flexiblen, durchlaufenden Band angeordnet
sein, so dass auch hier ein rutschfreier Transport von Substratband
und Folienmaske möglich ist.
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Wie
oben bereits erwähnt, kann eine elektrostatische Folienmaske
sowohl oberhalb als auch unterhalb des Substratbandes ausgeführt
sein, so dass auf diese Weise eine Substratfolie in einem einzigen Schritt
von beiden Seiten der Substratfolie bearbeitet werden kann. Das
heißt, das Prozessmittel kann sowohl durch die Öffnung
der Schattenmaske auf der Oberseite, als auch durch die Öffnung
der Schattenmaske, die als Gegenelektrode fungiert, von der Unterseite
her auf das Substrat wirken.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
kann die Vorrichtung so ausgebildet sein, dass die Einrichtung zum
Zuführen des Substrates eine Abwickelrolle und eine Aufwickelrolle für
ein flexibles Substratband aufweist. Die Einrichtung zum Fixieren
einer Schattenmaske weist zudem eine Spannungsquelle auf, um eine
Schattenmaske, welche als leitfähiges Schattenmaskenband
ausgebildet ist und über eine erste und zweite Rolle von
einer ersten Seite des Substrates an das Substratband angenähert
wird auf ein erstes elektrisches Potential und eine Gegenelektrode,
welche auf einer zweiten Seite des Substrates angeordnet ist, auf
ein zweites elektrisches Potential zu legen, so dass ein Schattenmaskenabschnitt
des leitfähigen Schattenmaskenbandes aufgrund einer elektrostatischen
Kraft zwischen dem leitfähigen Schattenmaskenband und der Gegenelektrode
auf einem Substratabschnitt fixiert werden kann. Das heißt,
in diesem Ausführungsbeispiel ist die Gegenelektrode nicht
als Gegenelektrodenband ausgeführt, sondern als eine einfache
Gegenelektrode.
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Denkbar
ist, dass in diesem Ausführungsbeispiel das Schattenmaskenband
mehrere unterschiedliche Schattenmaskenstrukturen aufweist, und so
beispielsweise über eine Steuervorrichtung unterschiedliche
Schattenmaskenabschnitte über ein und demselben Substratabschnitt
fixiert werden können und gleiche oder unterschiedliche
Prozessmittel von der Einrichtung zum Liefern eines Prozessmittels
zur Verfügung gestellt werden, die dann über die
unterschiedlichen Öffnungen der unterschiedlichen Schattenmaskenabschnitte
auf einen Substratabschnitt wirken können. Nach Beendigung
eines oder mehrerer Schattenmaskenschritte, und den dazugehörigen Prozessmittelschritten,
kann über die Steuervorrichtung die Aufwickel- bzw. die
Abwickelrolle so angesteuert werden, dass ein nächster
zu bearbeitender Substratabschnitt unter einem bestimmten Maskenabschnitt
zum Liegen kommt. Nach einer erneuten elektrostatischen Fixierung
kann dann dieser neue Substratabschnitt mit entsprechenden Prozessmitteln
bearbeitet werden. Es ist also denkbar, dass das Schattenmaskenband
mehrere oder sämtliche Maskenstrukturen für die
Bearbeitung eines Substratbandes aufweist und nacheinander unterschiedliche
Prozessmittel auf ein und demselben Substratabschnitt über
die Öffnungen der unterschiedlichen Schattenmasken einwirken.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel kann also die Vorrichtung
ferner eine Steuervorrichtung aufweisen, die so ausgebildet ist,
Signale zur Verfügung zu stellen, welche während
der ersten Zeitdauer die Einrichtung zum Fixieren veranlassen, eine
Fixierung eines ersten Schattenmaskenabschnittes auf einem ersten
Substratabschnitt zu liefern und welche während der zweiten
Zeitdauer die Einrichtung zum Fixieren veranlassen, eine reduzierte
oder keine Fixierung des Schattenmaskenabschnittes zu liefern und
die Aufwickelrolle, die Abwickelrolle, die erste oder die zweite
Rolle so anzutreiben, dass während einer nachfolgenden
ersten Zeitdauer der erste Schattenmaskenabschnitt auf einem zweiten
Substratabschnitt oder ein zweiter Schattenmaskenab schnitt auf dem
ersten Substratabschnitt fixiert werden kann.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Einrichtung
zum Liefern eines Prozessmittels als Plasmagenerator ausgebildet,
der unter Atmosphärebedingungen (Normaldruck, beispielsweise
von 0,8 bar bis 1,2 bar) ein Plasma zur strukturierten Plasmaeinwirkung über
die Öffnung der Schattenmaske auf das Substrat erzeugt.
Die Schattenmaske ist in diesem Ausführungsbeispiel wenigstens
teilweise aus Metall bzw. als Metallfolienmaske ausgebildet, weshalb
das Substratband gegenüber einem heißen Gasstrom,
der durch das Atmosphären-Plasma entsteht, geschützt
ist, und die Wärme über die große Fläche
der Metallfolienmaske schnell verteilt wird. Atmosphären-Plasma
erzeugt einen heißen Gasstrom, der oft zur thermischen
Beschädigung des Substratbandes führen kann. Bei
der Verwendung einer Metallfolienmaske ist dagegen das Substratband
geschützt, und die Wärme wird über die
große Fläche schnell abgeleitet bzw. verteilt.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
weist die Einrichtung zum Fixieren einer Schattenmaske ferner eine
mechanische Einrichtung, wie z. B. Federn auf, die die erste und
zweite Rolle für die Annäherung des Schattenmaskenbandes
an das Substratband an die erste Seite des Substrates annähert.
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6 zeigt
ein Blockdiagramm zum Verfahren zum Bearbeiten eines Substrates.
Das Verfahren weist ein Zuführen eines Substrates 200,
ein Fixieren 210 einer Schattenmaske mit einer Öffnung
und einem Randbereich, der die Öffnung begrenzt, auf einem
Substratabschnitt während einer ersten Zeitdauer auf, so
dass der Randbereich der Schattenmaske das Substrat berührt.
Außerdem weist das Verfahren ein Liefern 220 mindestens
eines Prozessmittels, das über die Öffnung der
Schattenmaske auf das Substrat wirkt und ein Reduzieren 230 der
Fixierung oder Separierung 230 der Schatten maske von dem
Substratabschnitt in einer zweiten späteren Zeitdauer auf.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel zu dem Verfahren zum
Bearbeiten eines Substrates handelt es sich um ein durchlaufendes
Verfahren, bei dem das Zuführen des Substrates, das Fixieren
eines Schattenmaskenabschnittes einer Schattenmaske, welche als
Schattenmaskenband ausgebildet ist, und das Liefern eines Prozessmittels,
sowie das Reduzieren der Fixierung oder der Separierung der Schattenmaske
kontinuierlich durchgeführt werden.
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Das
Fixieren 210 der Schattenmaske kann beispielsweise durch
eine anziehende elektrostatische Kraft zwischen der Schattenmaske,
welche als leitfähige Schattenmaske ausgebildet ist, und
einer Gegenelektrode so durchgeführt werden, dass die leitfähige
Schattenmaske auf einem Substratabschnitt zwischen der leitfähigen
Schattenmaske und der Gegenelektrode fixiert ist.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
wird das Fixieren der Schattenmaske durch eine anziehende magnetische
Kraft zwischen einer leicht magnetisierbaren bzw. ferromagnetischen
Schattenmaske und einem Elektro- oder Permanent-Magneten so durchgeführt,
dass die leicht magnetisierbare Schattenmaske auf einem Substratabschnitt
zwischen der magnetisierbaren Schattenmaske und der Gegenelektrode
fixiert ist.
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Es
ist auch denkbar, dass die Schattenmaske als Permanent-Magnet oder
als Elektromagnet ausgebildet ist und zu einem leicht magnetisierbaren Gegenpol
gezogen werden, so dass die Schattenmaske auf einem Substratabschnitt
zwischen der magnetischen Schattenmaske und dem leicht zu magnetisierenden
Gegenpol fixiert ist.
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Bei
der Einrichtung zum Liefern eines Prozessmittels kann es sich beispielsweise
um eine Einrichtung zur Erzeugung eines Plasmas, einer Einrichtung
zum Ein- oder Aufbringen eines Materials in oder auf ein Substrat,
einer Einrichtung zum Entfernen eines Materials von dem Substrat,
einer Einrichtung zum Dotieren oder einer Einrichtung zur mechanischen
oder chemischen Bearbeitung des Substrates in einem Bereich der
durch die Öffnung der Schattenmaske definiert ist handeln.
Bei der Einrichtung kann es sich beispielsweise auch um eine Sputteranlage,
eine Einrichtung zum Ätzen, zum Rakeln dünner
Schichten, zum Aufdampfen oder einer sonstigen Einrichtungen zur
Verarbeitung dünner Schichten handeln. Denkbar ist auch,
dass es sich bei der Einrichtung zum Liefern eines Prozessmittels
um einen Laser oder eine andere Licht- oder Wärmequelle
zum Bearbeiten der über die Öffnung der Schattenmaske definierten
Substratbereiche handelt.
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In
einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist
die Einrichtung zum Liefern eines Prozessmittels so ausgebildet,
dass eine definierte, ortsaufgelöste Einwirkung von Plasma
auf die Substrat- bzw. Folienoberfläche durchgeführt
werden kann. Durch die Öffnungen in der Folienmaske bleibt das
Plasma auf bestimmte Bereiche des Substratbandes beschränkt.
Damit können beispielsweise die Benetzungseigenschaften
auf der Substratbandoberfläche gezielt beeinflusst werden.
So können beispielsweise Kunststofffolienoberflächen
in einem Sauerstoff (O2)-Plasma hydrophilisiert
werden und in einem Tetrafluormethan (CF4)-Plasma
dagegen hydrophobisiert werden. In einer zweistufigen Plasmabehandlung
kann also beispielsweise zuerst das ganze Substratband hydrophilisiert
und in einem zweiten Schritt mit der Folienmaske ausgewählte
Bereiche hydrophobisiert werden. Denkbar ist natürlich auch,
das das Band zuerst hydrophobisiert und anschließend ausgewählte
Bereiche durch die Schattenmaske hydrophilisiert werden. Wird eine
Substratoberfläche ortsaufgelöst mit einem bestimmten
Benetzungsverhalten programmiert, so können beispielsweise
leitfähige Polymere wie z. B. Polyethylendioxythiophen
(PEDOT) oder Polyanilin (PANI), halbleitende organische Materialien,
wie z. B. Poly(3-Hexylthiophen) (P3HT) oder leitfähige
Tinten wie z. B. Silber-Nanopartikel-Tinte aufgetragen werden, die
dann in einem sich selbst organisierenden Prozess nur die vordefinierten
Bereiche benetzen. Auf diese Weise können beispielsweise
Leiterbahnstrukturen oder Transistorbauelemente einer gedruckten Schaltung
hergestellt werden.
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In
einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
ist die Einrichtung zum Liefern eines Prozessmittels so ausgebildet,
dass flüssige, elektrisch isolierende Materialien oder
auch dünnflüssige Klebstoffe wie z. B. Epoxy oder
Acrylate aufgetragen werden, die dann selbständig ein durch den
Plasma-Prozess vordefiniertes Muster auf dem Substratband generieren.
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Andere
Nutzungsbeispiele sind lokalisierte Ätzabtragung von Oberflächenbeschichtungen
z. B. in einem Sauerstoff- oder Tetrafluormethan-Plasma oder die
definierte Materialabscheidung bzw. der Materialauftrag auf das
Substrat durch die Schattenmaskenöffnung. Letzteres kann
beispielsweise mit Hilfe einer Rakelbeschichtung oder einem Druckverfahren
durch die Folienmaske hindurch erzielt werden. Das heißt,
die Einrichtung zum Liefern eines Prozessmittels kann beispielsweise
auch eine Rakelmaschine oder eine Druckmaschine sein, durch die durch
die Folienmaske hindurch ein Materialauftrag auf ein Substrat erfolgt.
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Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung zeigen, dass durch den Einsatz einer
elektrostatischen Haltekraft ein sehr enger Kontakt zwischen einer
flexiblen Metallfolienmaske, einem Substratband und der Gegenelektrode
erzielt werden kann. Dies kann dazu verwendet werden, dass auch feine
geometrische Strukturen randscharf begrenzt werden können.
Dies ist gerade bei Plasmaeinwirkung von entscheidender Bedeutung.
Jede Flächeneinheit der Folienmaske wird durch die elektrostatische
Kraft auf das Substratband gepresst. Die Wahl eines flexiblen Maskenmaterials
kann be sonders vorteilhaft sein, da ein formschlüssiger
Kontakt mit dem Substrat gewährleistet werden kann.
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Die
Vorrichtung bzw. das Verfahren ist Rolle-zu-Rolle tauglich, d. h.
es ist ein kontinuierlicher Maskierungsprozess möglich.
Im Vergleich zu anderen Maskentechniken wie beispielsweise Fotolack muss
nicht erst eine Beschichtung aufgebracht noch strukturiert und nach
dem eigentlichen beabsichtigten Prozess wie z. B. einer Plasmaeinwirkung
oder eines Materialauftrags wieder entfernt werden. Damit ist das
Verfahren besonders kostengünstig und erlaubt hohe Durchlaufgeschwindigkeiten.
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Das
Verfahren kann außerdem zur strukturierten Plasmaeinwirkung
unter Atmosphärenbedingungen (Normaldruck) genutzt werden.
Atmosphären-Plasma erzeugt einen heißen Gasstrom,
der oft zur thermischen Beschädigung des Substrates führt. Bei
Verwendung einer Metallfolienmaske ist dagegen das Substratband
geschützt, und die Wärme wird über die
große Fläche schnell verteilt.
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- 100
- Vorrichtung
zum Bearbeiten eines Substrates
- 110
- Einrichtung
zum Zuführen eines Substrates
- 112
- Substrat
bzw. Substratband
- 112a
- erste
Seite des Substrates bzw. Substratbandes
- 112b
- zweite
Seite des Substrates bzw. Substratbandes
- 113
- Substratabschnitt
- 114
- Schattenmaskenabschnitt
- 120
- Einrichtung
zum Fixieren einer Schattenmaske
- 122
- Schattenmaske
bzw. Schattenmaskenband
- 122a
- Randbereich
zur Öffnung der Schattenmaske
- 123
- Öffnung
der Schattenmaske
- 124
- Abwickelrolle
- 125
- Gegenelektrode
bzw. Gegenelektrodenband
- 126
- Aufwickelrolle
- 128
- Spannungsquelle
- 130
- erste
Rolle
- 132
- zweite
Rolle
- 134
- dritte
Rolle
- 136
- vierte
Rolle
- 150
- Einrichtung
zum Liefern eines Prozessmittels
- 152
- Prozessmittel
- 200
- Zuführen
des Substrates
- 210
- Fixieren
einer Schattenmaske
- 220
- Liefern
mindestens eines Prozessmittels
- 230
- Reduzieren
der Fixierung oder Separieren der Schattenmaske
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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