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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft Wabenmasken für die Beschichtung eines Substrats mit einer Schicht, deren Schichtdicke variiert, wobei die Wabenmaske aus einem zweidimensionalen Gitter aus flächigen Gitterzellen gebildet ist, die in einer von den Hauptflächen der Flächengitterzellen definierten Ebene entlang der Breite und/oder Länge des Gitters nebeneinander angeordnet sind, wobei die Gitterzellen durch Stege gebildet sind, die Öffnungen umgeben. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Wabenmasken sowie deren Anwendung bei der Beschichtung von Substraten.
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STAND DER TECHNIK
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Bei der Beschichtung von Bauteilen, wie beispielsweise von optischen Elementen, kann es erforderlich sein, dass die Schichtdicke der abzuscheidenden Schicht nicht gleichmäßig über der gesamten zu beschichtenden Fläche ist, sondern in Bereichen variiert. Insbesondere bei der Beschichtung von optischen Elementen, die beispielsweise in Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie eingesetzt werden, ist es teilweise erforderlich, Schichten mit unterschiedlichen Schichtdicken mit einer Genauigkeit von einem Promille oder besser abzuscheiden.
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In diesem Zusammenhang werden Wabenmasken eingesetzt, die zwischen zu beschichtender Oberfläche und Beschichtungsquelle angeordnet werden. Die Wabenmasken weisen eine zwei-dimensionale Gitterstruktur auf, in welcher Stege gitterartig miteinander verbunden sind, um eine Gitterstruktur zu bilden, in welcher Gitteröffnungen vorgesehen sind, die durch die Gitterstege begrenzt werden. Durch die Gitteröffnungen kann das Beschichtungsmaterial von der Beschichtungsquelle zur zu beschichtenden Oberfläche hindurchtreten, während durch die Gitterstege eine Abschattung stattfindet. Ist das Gitter vollständig gleichmäßig aufgebaut, so findet über den gesamten Bereich der zu beschichtenden Oberfläche im Bereich des Gitters eine gleichmäßige Beschichtung statt, da die Abschattung durch die Gitterstege überall gleich ist. Ist jedoch die Wabenmaske über dem zu beschichtenden Bereich unterschiedlich ausgebildet, so kann eine Variation der Beschichtung erreicht werden.
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Im Stand der Technik wird das Gitter so variiert, dass die Stegbreite verändert wird, um Einfluss auf die Dicke der abgeschiedenen Schicht zu nehmen. Um jedoch die Genauigkeit der Schichtdicke auf ein Promille oder besser einzustellen, ist es notwendig, dass die Stegbreite mit einer Genauigkeit von einem Mikrometer oder darunter eingestellt wird. Entsprechend werden die Wabenmasken durch Laserschneiden erzeugt, um die unterschiedlichen Stegbreiten herstellen zu können. Allerdings ist es nur schwer möglich, mit dem Laserschneiden die Genauigkeit der Stegbreiten zu erreichen, um die Schichtdicken der abzuscheidenden Schicht einstellen zu können.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Wabenmasken und ein Verfahren zu ihrer Herstellung bereitzustellen, mit welchen in einfacher Weise Beschichtungen mit unterschiedlichen Schichtdicken mit hoher Präzision hergestellt werden können.
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TECHNISCHE LÖSUNG
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Wabenmaske mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Verfahren zur Herstellung entsprechender Wabenmasken mit den Merkmalen des Anspruchs 7 und ein Verfahren zur Beschichtung von Bauteilen mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung geht aus von der Erkenntnis, dass nicht nur mit der Einstellung der Stegbreite bei Stegen von Wabenmasken die Schichtdicke einer abzuscheidenden Schicht beeinflusst werden kann, sondern auch durch die Dicke der Stege, also durch eine Dimension der Stege, die sich in der Richtung der Durchtrittsöffnungen und somit der Beschichtungsrichtung erstreckt. Insbesondere hat sich gezeigt, dass bei einer vergleichbaren Veränderung der Dicke der Stege eine gegenüber der Veränderung der Breite der Stege bessere Sensitivität der Schichtdickeneinstellung gegeben ist, so dass die geforderte Genauigkeit der Schichtdicke von einem Promille leichter erreicht werden kann. Insbesondere kann jedoch die Dicke der Stege leichter bearbeitet werden, so dass sich die Herstellung der Wabenmasken vereinfacht und die Herstellungskosten reduziert werden. Durch die vereinfachte Herstellung der Wabenmasken sind auch Verbesserungen beim Beschichtungsprozess, insbesondere durch kurzfristige Anpassungen der Wabenmasken an die Erfordernisse, möglich.
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Die Wabenmasken sind aus einem zweidimensionalen Gitter aus flächigen Gitterzellen gebildet, wobei jede Gitterzelle durch eine Gitteröffnung mit umgebenden Stegen gebildet ist. Das zwei-dimensionale Gitter setzt sich aus vielen nebeneinander und hintereinander, d. h. in Breiten- und/oder Längsrichtung des Gitters angeordneten Gitterzellen zusammen. Die jeweilige Gitterzelle mit der Gitteröffnung und den umgebenden Stegen weisen Hauptflächen auf, die Ebenen definieren, entlang von diesen oder parallel zu diesen sich das Gitter erstreckt. Als Hauptfläche der Gitterzelle wird diejenige Fläche verstanden, die die größte Dimension aufweist, also im vorliegenden Fall eine Fläche einschließlich der Öffnung, da die die Gitteröffnungen umgebenden Stege mit ihrer Breite und Dicke sehr viel kleiner ausgebildet sind als in ihrer Längserstreckung, mit der sie die Öffnung umgeben. Die Breite der Stege und die Länge der Stege sind somit parallel zu der durch die flächigen Gitterzellen bzw. das zwei-dimensionale Gitter definierten Ebene, während die Dickenrichtung der Stege senkrecht bzw. quer zu dieser Ebene definiert ist und parallel zur Durchtrittsrichtung durch die Öffnungen verläuft.
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Die für die Wabenmaske verwendete Gitterstruktur ist kein exaktes Gitter im mathematischen Sinne, da die Gitterzellen in ihrer Größe und auch die Gitterstege in ihrer Breite variieren können. Gemäß der Erfindung weist die Wabenmaske Stege mit unterschiedlicher Dicke auf, um dadurch die Schichtdicke der durch die Wabenmaske abzuscheidenden Beschichtung beeinflussen zu können.
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Die Dicke der Stege kann beliebig variiert werden oder kontinuierlich entlang einer oder mehrerer Richtungen parallel zu der Ebene, die durch das Gitter oder eine Gitterzelle aufgespannt ist, variiert werden, beispielsweise in der Dicke abnehmen oder zunehmen.
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Eine entsprechende Wabenmaske kann zur Anpassung an die Beschichtungserfordernisse gekrümmt werden oder gekrümmt ausgebildet sein, wobei die durch die Krümmung bewirkten Einflüsse auf die abzuscheidende Beschichtung wiederum durch eine entsprechende Anpassung der Dicke der Stege kompensiert werden kann.
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Da die Wabenmaske bei der Beschichtung ebenfalls mit Beschichtungsmaterial versehen wird, kann die Wabenmaske aus einem Material gebildet sein, welches gegenüber Reinigungs- und/oder Lösemitteln inert ist, die die abgeschiedene Beschichtung auflösen können. Dadurch ist eine einfache Wiederverwertung einer Wabenmaske möglich. Neben der Reinigung durch einen chemischen Auflöse- oder Reinigungsprozess kann auch eine mechanische Reinigung der Wabenmaske erfolgen, indem die abgeschiedene Beschichtung mechanisch entfernt wird, beispielsweise durch Schleifen.
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Insbesondere ist der Herstellungsprozess für eine erfindungsgemäße Wabenmaske deutlich vereinfacht, da keine unterschiedlichen Stegbreiten realisiert werden müssen, sondern nur unterschiedliche Dicken der Stege. Dies ist jedoch leichter zu realisieren, da beispielsweise ein aus einer Platte hergestelltes Gitter zur Erzeugung unterschiedlicher Dicken einfach mechanisch bearbeitet werden kann, beispielsweise durch Schleifen.
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Auch die Herstellung des Gitters an sich ist vereinfacht, da ein gleichmäßiges Gitter mit gleichen Stegbreiten und gleichen Gitterzellen hergestellt werden kann, was beispielsweise durch Stanzen erfolgen kann. Durch die Verwendung von gleichmäßigen zwei-dimensionalen Gitterstrukturen ist es auch möglich, Standardwabenmasken in einer größeren Stückzahl herzustellen, die dann lediglich in ihrer Dicke an die Einsatzzwecke angepasst werden müssen. Dadurch lassen sich die Herstellkosten weiter reduzieren.
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Darüber hinaus lässt sich auch der Beschichtungsprozess variabler gestalten, da die Dicke der Wabenmasken beispielsweise durch Schleifen individuell an die Beschichtungsanforderungen angepasst werden kann, wobei dies insbesondere auch vor Ort während des Beschichtungsprozesses erfolgen kann.
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Insbesondere kann die Dicke der Stege der Wabenmaske in Abhängigkeit von einzelnen unterschiedlichen Beschichtungsschritten und/oder vom Beschichtungsergebnis angepasst werden. Hierbei kann in einem iterativen Verfahren die Dicke der Stege entsprechend optimiert werden.
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Darüber hinaus bietet sich durch die einfache Anpassung der Dicke der Wabenmaske bzw. der Stege der Wabenmaske an, die Dickeneinstellung als Feineinstellung zu verwenden, wenn beispielsweise Wabenmasken mit Stegen unterschiedlicher Stegbreiten verwenden werden, um eine Grundeinstellung für die Schichtdickenvariation der abgeschiedenen Schicht zu ermöglichen.
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Außerdem können erfindungsgemäße Wabenmasken beim Einsatz zur Beschichtung leichter gereinigt und wieder verwendet werden, da das abgeschiedene Schichtmaterial beispielsweise durch mechanisches Bearbeiten und/oder eine chemische Reinigung entfernt werden kann. Dies ist eine Konsequenz daraus, dass erfindungsgemäße Wabenmasken mit gleichen Gitterzellen und gleichen Stegbreiten in einer größeren Stückzahl hergestellt werden können, so dass sich der Einsatz höherwertiger Materialien rentiert, die leichter nachbearbeitet und gereinigt werden können. Außerdem lässt sich eine gleichmäßige zwei-dimensionale Gitterstruktur mit gleichen Stegbreiten und gleichen Gitterzellen einfacher von Beschichtungsanhaftungen befreien bzw. neu aufarbeiten, indem beispielsweise der ursprüngliche Herstellungsprozess wiederholt wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die beigefügten Figuren zeigen in rein schematischer Weise in
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1 eine teilweise Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Wabenmaske;
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2 eine teilweise Seitenansicht auf die Wabenmaske aus 1 in einem noch nicht fertig bearbeiteten Zustand; und in
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3 eine teilweise Seitenansicht auf die Wabenmaske aus 1 in einem fertig bearbeiteten Zustand.
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AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
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Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels deutlich. Allerdings ist die Erfindung nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt.
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Die 1 zeigt eine teilweise Draufsicht auf eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wabenmaske mit einer hexagonalen Gitterstruktur. Die hexagonale Gitterstruktur ist aus einer Vielzahl von nebeneinander und hintereinander angeordneten Gitterzellen 1 gebildet, die jeweils eine sechseckige Grundstruktur aufweisen. Jede Gitterzelle 1 umfasst eine Gitteröffnung 2, die von den umgebenden Stegen 3 eingefasst ist. Ein Gittersteg 3 gehört hierbei üblicherweise zu zwei benachbarten Gitterzellen 1, und jeweils drei Stege treffen sich in einem Knotenpunkt 4.
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Eine derart aufgebaute Wabenmaske wird bei einem Beschichtungsprozess zwischen der zu beschichtenden Oberfläche und der Beschichtungsquelle, von der das Beschichtungsmaterial in Richtung zu der zu beschichtenden Fläche transportiert wird, angeordnet. Durch die Stege 3 der Gitterstruktur findet eine Abschattung statt, während durch die Gitteröffnungen 2 das Beschichtungsmaterial hindurchtreten kann, um auf der zu beschichtenden Oberfläche abgeschieden zu werden. Durch die Abschattung der zu beschichtenden Oberfläche mittels der Stege der Wabenmaske kann die Schichtdicke, die auf der zu beschichtenden Oberfläche abgeschieden wird, variiert werden, wenn die Stege der Wabenmaske unterschiedlich ausgebildet sind oder wenn die Gitterzellen unterschiedlich groß sind.
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Die Gitterzelle ist durch den Abstand der Wabenmittelpunkte a definiert, der beispielsweise im Bereich von einigen Millimetern, beispielsweise 1 bis 5 mm, liegen kann. Die Stege sind durch die Stegbreite b und die Dicke d senkrecht zur Breitenrichtung bzw. quer zur Gitteröffnung 2 definiert. Die Dicke d der Stege bzw. der Wabenmaske und die Stegbreite b kann im Bereich von einigen Zehn bis einigen Hundert Mikrometern liegen, also beispielsweise im Bereich von 100 bis 200 µm.
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Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel der 1 ist sowohl die Größe der Gitterzellen 1 über die gesamte Wabenmaske gleich, als auch die Stegbreite b. Eine Variation der Schichtdicke der abzuscheidenden Schicht wird beim Beschichtungsprozess somit lediglich durch die Variation der Dicke der Wabenmaske bzw. der Stege 3 erreicht.
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Um eine entsprechende Wabenmaske herzustellen, kann zunächst aus einer Platte mit gleichmäßiger Dicke d eine Gitterstruktur gefertigt werden, in der die Gitteröffnungen 2 ausgeschnitten oder ausgestanzt werden. Eine Seitenansicht eines derartigen Zwischenprodukts ist in 2 dargestellt. In 2 ist zu sehen, dass die Dicke d der Wabenmaske über den gezeigten Ausschnitt gleich ist. Um jedoch die Schichtdicke beim Beschichtungsprozess zu variieren, kann die Dicke d der Wabenmaske bzw. der Stege über der Wabenmaske verändert werden. Dies ist in 3 dargestellt. Dort ist zu sehen, dass die Dicke d der Wabenmaske über der Wabenmaske kontinuierlich zu- bzw. abnimmt. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel sind in der Ansicht der 3 die Wabenmaske und somit die Stege links in der Figur mit einer Dicke d1 ausgebildet, während in dem in 3 gezeigten Ausschnitt am rechten Bildrand die Dicke d2 vorliegt, die kleiner ist als die Dicke d1, so dass die Dicke der Stege bzw. der Wabenmaske kontinuierlich von der linken Seite der 3 zur rechten Seite abnimmt.
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Neben der in 3 gezeigten kontinuierlichen Abnahme entlang einer Richtung in der Ebene der Wabenmaske kann eine beliebige Veränderung der Dicke d der Wabenmaske über der Wabenmaske realisiert werden. So ist es denkbar, dass die Wabenmaske bzw. die Gitterstruktur mit den Stegen Senken und/oder Erhebungen aufweist, periodische oder nicht periodische Wellenformen oder kontinuierliche Dickenzu- und -abnahmen entlang verschiedener Richtungen.
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Die Änderung der Dicke kann durch mechanischen Abtrag, wie z. B. Schleifen, oder vergleichbare Verarbeitungsverfahren erfolgen. Zwar könnte auch bereits eine mit einem entsprechenden Dickenverlauf versehene Platte als Ausgangsmaterial für die Herstellung der Gitterstruktur verwendet werden, aber die nachträgliche Anpassung der Dicke der Stege bzw. der Gitterstruktur durch Schleifen oder sonstige Bearbeitungsverfahren hat den Vorteil, dass eine Anpassung der Dicke d zu jeder Zeit leicht vorgenommen werden kann, so dass die Anpassung der Dicke d auch noch während des Beschichtungsprozesses unmittelbar vor Ort vorgenommen werden kann.
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Entsprechend kann eine Grundgitterstruktur in mehrfacher Ausfertigung als Ausgangsmaterial bereitgestellt werden kann, was die Herstellungskosten reduziert und beispielsweise die Anwendung von einfachen Herstellungsverfahren, wie Stanzverfahren und dergleichen, ermöglicht.
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Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen der 1 bis 3 wird eine Wabenmaske mit einer Gitterstruktur eingesetzt, in der die Gitterzellen 1 und auch die Breite der Stege über der gesamten Wabenmaske gleich sind. Allerdings lässt sich die erfindungsgemäße Anpassung der Dicke der Stege 3 auch bei Wabenmasken mit Gitterstrukturen verwirklichen, bei denen unterschiedliche Gitterzellen und/oder Stege mit unterschiedlichen Breiten b eingesetzt werden. In diesem Fall kann beispielsweise die Veränderung der Gitterzellen und/oder der Stegbreite b über der Wabenmaske eine Grundeinstellung der Variation einer abzuscheidenden Schicht ermöglichen, während die Dickenanpassung der Stege bzw. der Wabenmaske für die Feineinstellung der Beschichtungsparameter der abzuscheidenden Beschichtung verwendet wird.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern dass vielmehr Abwandlungen in der Weise möglich sind, als einzelne Merkmale weggelassen oder andersartige Kombinationen von Merkmalen verwirklicht werden, ohne dass der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche verlassen wird. Die vorliegende Offenbarung schließt sämtliche Kombinationen der vorgestellten Einzelmerkmale ein.
