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Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Strukturierungsmaske und zum Herstellen einer Oberflächenstrukturierung mit einer Strukturierungsmaske.
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Für verschiedene Halbleiterbauelemente ist eine Oberflächenstrukturierung mit einer unregelmäßigen, zufällig verteilten Strukturierung gewünscht. Beispielsweise kann eine solche Strukturierung bei strahlungserzeugenden Halbleiterbauelementen wie Leuchtdioden eine erhöhte Auskoppeleffizienz bewirken. Für die Herstellung einer solchen Strukturierung können Photolithographie-Verfahren verwendet werden, wobei die hierfür verwendete Photomaske beispielsweise mittels eines Elektronenstrahls oder eines Lasers belichtet und nachfolgend entwickelt werden kann. Derartig hergestellte Photomasken sind jedoch nur vergleichsweise aufwändig und kostenintensiv herzustellen.
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Eine Aufgabe ist es, die Herstellung einer unregelmäßigen Strukturierung zu vereinfachen.
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Diese Aufgabe wird unter anderem durch ein Verfahren zum Herstellen einer Strukturierungsmaske gemäß Anspruch 1 und durch ein Verfahren zur Oberflächenstrukturierung mit einer solchen Strukturierungsmaske gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen einer Strukturierungsmaske weist das Verfahren einen Schritt auf, in dem eine zu strukturierende Maskenschicht bereitgestellt wird. Beispielsweise liegt die zu strukturierende Maskenschicht vollflächig auf einem Träger vor. Die Maskenschicht ist insbesondere dünn im Vergleich zum Träger. Beispielsweise ist der Träger mindestens fünfmal so dick wie die Maskenschicht.
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Die Maskenschicht weist insbesondere ein strahlungsundurchlässiges Material auf. Beispielsweise enthält die Maskenschicht ein Metall. Der Träger ist zweckmäßigerweise strahlungsdurchlässig ausgebildet.
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Die Begriffe „strahlungsundurchlässig“ und „strahlungsdurchlässig“ beziehen sich im Zweifel auf die Peak-Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung, die für die Belichtung in Photolithographie-Verfahren Anwendung findet. Beispielsweise liegt die Peak-Wellenlänge der Strahlung zwischen einschließlich 150 nm und einschließlich 450 nm.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Schritt, in dem eine Mehrzahl von Maskierungskörpern auf der Maskenschicht aufgebracht wird. Die Maskierungskörper werden insbesondere als vorgefertigte Volumenkörper für das Aufbringen auf der Maskenschicht bereitgestellt. Die Maskierungskörper werden insbesondere zum Festlegen von Freibereichen und Maskenbereichen der herzustellenden strukturierten Maskenschicht aufgebracht. Nach dem Aufbringen der Maskierungskörper sind zumindest stellenweise Zwischenräume zwischen benachbarten Maskierungskörpern ausgebildet. Die Zwischenräume sind insbesondere frei von fester oder flüssiger Materie.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Schritt, in dem die zu strukturierende Maskenschicht bereichsweise abgetragen wird. In den abgetragenen Bereichen ist das Material der Maskenschicht in vertikaler Richtung, also senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der Maskenschicht, insbesondere vollständig entfernt. In den Freibereichen ist die Maskenschicht also vollständig entfernt. Zum Beispiel liegt der Träger in den Freibereichen frei. Zwischen den Freibereichen verbleibt das Material der Maskenschicht auf dem Träger. Mit anderen Worten ist die Maskenschicht nach dem bereichsweisen Abtragen des Materials der Maskenschicht in Freibereiche und Maskenbereiche strukturiert.
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In mindestens einer Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen einer Strukturierungsmaske wird eine zu strukturierende Maskenschicht bereitgestellt. Eine Mehrzahl von Maskierungskörpern wird auf der Maskenschicht zum Festlegen von Freibereichen und Maskenbereichen der Maskenschicht aufgebracht. In den Freibereichen der zu strukturierenden Maskenschicht wird die Maskenschicht bereichsweise abgetragen.
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In der fertig gestellten Strukturierungsmaske kann die Strahlung in den Freibereichen ungehindert in vertikaler Richtung vollständig durch die Strukturierungsmaske hindurch treten. Mit anderen Worten befindet sich in den Freibereichen in einem vertikal durch die gesamte Strukturierungsmaske verlaufenden optischen Pfad kein die Strahlung absorbierendes Material.
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Vorzugsweise werden die Maskierungskörper so auf der Maskenschicht aufgebracht, dass die Maskierungskörper in Draufsicht auf die zu strukturierende Maskenschicht überlappungsfrei nebeneinander angeordnet sind. In vertikaler Richtung sind die Maskierungskörper also nicht übereinander angeordnet.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens enthalten die Maskierungskörper ein Polymer-Material, beispielsweise Polystyrol. Derartiges Material lässt sich einfach und zuverlässig in eine kugelförmige Grundform mit einer vorgegebenen maximalen Ausdehnung bringen. Grundsätzlich ist aber jedes Material geeignet, das eine hinreichend hohe Stabilität gegenüber einem trockenchemischen Ätzverfahren aufweist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weisen die Maskierungskörper eine mittlere maximale Ausdehnung zwischen einschließlich 100 nm und einschließlich 5 µm auf. Beispielsweise liegt die mittlere maximale Ausdehnung zwischen einschließlich 200 nm und einschließlich 2 µm. Von der Funktion der herzustellenden Strukturierung abhängig können aber auch andere mittlere maximale Ausdehnungen zweckmäßig sind. Als mittlere maximale Ausdehnung wird im Zweifelsfall das arithmetische Mittel der maximalen Ausdehnung der einzelnen Maskierungskörper angesehen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Maskenschicht mittels eines trockenchemischen Ätzverfahrens bereichsweise entfernt. Insbesondere können die Maskierungskörper während des trockenchemischen Ätzverfahrens eine Ätzmaske für die Maskenschicht bilden, so dass die von den Maskierungskörpern bedeckten Bereiche der zu strukturierenden Maskenschicht vor einem Materialabtrag geschützt werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Maskenschicht in den Zwischenräumen zwischen den Maskierungskörpern bereichsweise entfernt. Die Zwischenräume zwischen den Maskierungskörpern definieren also die Freibereiche in der so hergestellten Maskenschicht.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens enthält die zu strukturierende Maskenschicht Chrom. Chrom hat sich als besonders geeignet für eine Maskenschicht einer Strukturierungsmaske herausgestellt. Grundsätzlich ist jedoch auch ein anderes Material geeignet, das für die Strahlung, die bei der Belichtung durch die Strukturierungsmaske verwendet wird, undurchlässig ist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden die Maskierungskörper unregelmäßig verteilt auf die Maskenschicht aufgebracht. Insbesondere können sich die Maskierungskörper selbst organisiert, also ohne eine von außen vorgegebene Anordnung, und statistisch verteilt auf der Maskenschicht anordnen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden die Maskierungskörper unmittelbar auf die zu strukturierende Maskenschicht aufgebracht. Zwischen den Maskierungskörpern und der zu strukturierenden Maskenschicht befindet sich also keine weitere Schicht.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden die Maskierungskörper nach dem bereichsweisen Abtragen der zu strukturierenden Maskenschicht in den Freibereichen entfernt.
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Beispielsweise werden die Maskierungskörper durch Veraschen entfernt. Es eignet sich aber grundsätzlich jedes Verfahren, bei dem die Maskierungskörper entfernt werden können, ohne dass die Maskenschicht beeinträchtigt wird.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird nach dem bereichsweisen Abtragen der zu strukturierenden Maskenschicht in den Freibereichen eine weitere Maskenschicht aufgebracht. Die weitere Maskenschicht ist insbesondere dafür vorgesehen, auf der Strukturierungsmaske Bereiche zu definieren, in denen eine unregelmäßige Strukturierung nicht gewünscht oder nicht erforderlich ist. Die weitere Maskenschicht überdeckt beispielsweise mindestens einen Freibereich oder beispielsweise mehr als 100 Freibereiche der Maskenschicht. Als weitere Maskenschicht eignet sich beispielsweise ein Photolack.
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Mit dem beschriebenen Verfahren kann auf einfache und zuverlässige Weise eine Strukturierungsmaske hergestellt werden, die zumindest stellenweise eine Strukturierung mit unregelmäßig verteilten Freibereichen und dazwischen angeordneten Maskenbereichen aufweist. Eine derartige Strukturierungsmaske eignet sich insbesondere als eine Lithographiemaske zur Herstellung einer Oberflächenstrukturierung eines Halbleiterbauelements.
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Eine derartige Strukturierungsmaske eignet sich für alle Arten von Halbleiterbauelementen, bei denen eine Oberflächenstrukturierung, insbesondere mit einer unregelmäßig verteilten Anordnung, gewünscht ist.
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Beispielsweise ist das Halbleiterbauelement zur Erzeugung von Strahlung vorgesehen und die Oberflächenstrukturierung bildet eine Auskoppelstruktur für die im Betrieb des Halbleiterbauelements erzeugte Strahlung.
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Zum Herstellen einer Oberflächenstrukturierung wird gemäß zumindest einer Ausführungsform eines Verfahrens eine Oberfläche mit einem Photolack bereitgestellt. Der Photolack wird durch eine Strukturierungsmaske, die insbesondere wie vorstehend beschrieben hergestellt ist, belichtet. An der Oberfläche wird bereichsweise ein Material abgetragen, insbesondere in den nicht vom Photolack bedeckten Bereichen. In diesen Bereichen werden also Vertiefungen in der Oberfläche ausgebildet.
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Weitere Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren.
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Es zeigen:
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die 1A bis 1E ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zum Herstellen einer Strukturierungsmaske anhand von jeweils in Schnittansicht dargestellten Zwischenschritten; und
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die 2A bis 2D ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zum Herstellen einer Oberflächenstrukturierung anhand von jeweils in Schnittansicht dargestellten Zwischenschritten.
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Gleiche, gleichartige oder gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die Figuren sind jeweils schematische Darstellungen und daher nicht unbedingt maßstabsgetreu. Vielmehr können vergleichsweise kleine Elemente und insbesondere Schichtdicken zur Verdeutlichung und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
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Zur Herstellung einer Strukturierungsmaske wird in dem gezeigten Ausführungsbeispiel, wie in 1A dargestellt, eine zu strukturierende Maskenschicht 2 bereitgestellt. Beispielsweise ist die Maskenschicht 2 auf einem Träger 15 angeordnet und bedeckt diesen vollflächig. Der Träger enthält zweckmäßigerweise ein Material, das für die Belichtung durch die herzustellende Strukturierungsmaske verwendete Strahlung durchlässig ist. Beispielsweise enthält der Träger ein Glas oder besteht aus einem Glas.
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Die Maskenschicht 2 enthält vorzugsweise Chrom oder besteht aus Chrom. Grundsätzlich eignet sich aber auch ein anderes für die betreffende Strahlung strahlungsundurchlässiges Material, beispielsweise ein Metall.
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Auf die zu strukturierende Maskenschicht 2 wird eine Mehrzahl von Maskierungskörpern 3 aufgebracht, beispielsweise kugelförmige Maskierungskörper. Das Aufbringen der Maskierungskörper erfolgt insbesondere selbst organisiert, so dass zwischen den einzelnen Maskierungskörpern 3 unterschiedlich große Zwischenräume 35 entstehen. Benachbarte Maskierungskörper können auch zumindest teilweise aneinander angrenzen. Die Maskierungskörper sind in Draufsicht auf die Maskenschicht 2 überlappungsfrei nebeneinander angeordnet. Zum Aufbringen der Maskierungskörper können diese in einer Emulsion vorliegen, beispielsweise in Wasser, insbesondere destilliertem Wasser. Die aufgebrachten Maskierungskörper grenzen insbesondere unmittelbar an die zu strukturierende Maskenschicht 2 an.
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Die Maskierungskörper 3 weisen vorzugsweise eine mittlere maximale Ausdehnung zwischen einschließlich 100 nm und einschließlich 5 µm auf, besonders bevorzugt zwischen einschließlich 200 nm und einschließlich 2 µm. Derartige Maskierungskörper eignen sich besonders zur Ausbildung einer Auskoppelstruktur für Bauelemente, die zur Erzeugung von Strahlung vorgesehen sind, beispielsweise für Lumineszenzdioden, etwa Leuchtdioden. Die Bauelemente können im Betrieb insbesondere elektrisch oder optisch zur Strahlungserzeugung angeregt werden. Beispielsweise kann das Bauelement auch ein Strahlungskonversionselement sein, das bei Anregung durch eine Primärstrahlung eine Sekundärstrahlung emittiert. Abhängig von der Funktion der herzustellenden Strukturierung der Halbleiterbauelemente können aber auch andere Größen der Maskierungskörper zweckmäßig sein.
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Nachfolgend wird die Maskenschicht 2 stellenweise abgetragen. Dies kann beispielsweise mittels eines trockenchemischen Ätzverfahrens, etwa eines Plasmaätzverfahrens, erfolgen. Dies ist in 1C mittels der Pfeile 5 veranschaulicht. In den Zwischenbereichen 35 zwischen den Maskierungskörpern 3 wird das Material der Maskenschicht entfernt, so dass Freibereiche 22 entstehen. Die Maskierungskörper bewirken während des Ätzverfahrens eine bereichsweise Abschattung der zu strukturierenden Maskenschicht. Unterhalb der Maskierungskörper 3 ist die zu strukturierende Maskenschicht 2 somit vor dem Materialabtrag geschützt, so dass Maskenbereiche 21 verbleiben. Durch das Abtragverfahren wird also die zufällig verteilte Anordnung der Maskierungskörper in die Maskenschicht 2 übertragen. Nachfolgend können die Maskierungskörper 3 entfernt werden, so dass nur noch die strukturierte Maskenschicht 2 auf dem Träger 15 verbleibt (1D).
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Die so hergestellte Strukturierungsmaske 1 kann als Lithographiemaske zur Herstellung einer Oberflächenstrukturierung beispielsweise eines Halbleiterbauelements verwendet werden.
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Optional kann, wie in 1E dargestellt, auf der Strukturierungsmaske 1 stellenweise eine weitere Maskenschicht 4 aufgebracht werden. Als weitere Maskenschicht eignet sich beispielsweise ein Photolack. Mittels der weiteren Maskenschicht 4 können beispielsweise zu schützende Bereiche einer zu strukturierenden Oberfläche, etwa Bereiche, die sich außerhalb des zu strukturierenden Bereichs befinden, abgedeckt und so beispielsweise vor einer Belichtung geschützt werden.
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Ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenstrukturierung ist in den 2A bis 2D schematisch anhand eines Ausschnitts gezeigt. Eine zu strukturierende Oberfläche 6 wird bereitgestellt, beispielsweise die Oberfläche eines Bauelements 8, etwa eines Halbleiterbauelements. Auf die Oberfläche wird ein Photolack 7 aufgebracht (2A). Der Photolack wird durch eine Strukturierungsmaske, die wie im Zusammenhang mit 1D beschrieben ausgebildet ist, hindurch belichtet, so dass in den Freibereichen 22 der Strukturierungsmaske belichtete Bereiche 71 des Photolacks entstehen. Die Belichtung ist in 2A durch Pfeile 9 veranschaulicht.
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Selbstverständlich kann auch eine wie im Zusammenhang mit 1E beschriebene Strukturierungsmaske mit einer weiteren Maskenschicht Anwendung finden. Alternativ oder ergänzend zu einer weiteren Maskenschicht kann ein lokaler Schutz der zu strukturierenden Oberfläche beispielsweise auch mittels einer Ätzschablone realisiert sein.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel werden die belichteten Bereiche des Photolacks entfernt (2B). Davon abweichend können auch die nicht belichteten Bereiche entfernt werden. Abhängig von dem verwendeten Typ des Photolacks können die Freibereiche 22 also diejenigen Bereiche, in denen der Photolack nach der Belichtung auf der Oberfläche verbleibt, oder die diejenigen Bereiche, in denen der Photolack entfernt wird, definieren.
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Nachfolgend wird die laterale Struktur des Photolacks, wie in 2C dargestellt, in die Oberfläche 6 übertragen. Hierbei wird in den nicht vom Photolack geschützten Bereichen Material an der zu strukturierenden Oberfläche bereichsweise abgetragen, so dass in der Oberfläche Vertiefungen entstehen. Dies kann beispielsweise durch nasschemisches oder trockenchemisches Ätzen erfolgen. Der stellenweise verbliebene Photolack 7 schützt die Oberfläche in diesen Bereichen vor einem Materialabtrag. Eine mögliche Unterätzung des Photolacks bei einem nasschemischen Verfahren ist zur vereinfachten Darstellung in der 2C nicht explizit gezeigt.
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An der Oberfläche 6 entsteht eine Oberflächenstrukturierung 80, beispielsweise in Form einer Auskoppelstruktur 85 eines Bauelements 8, etwa einer Leuchtdiode. Die Reste des Photolacks 7 können entfernt werden (2D).
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Die Anordnung der Maskierungskörper bei der Herstellung der Strukturierungsmaske 1 bestimmt also die durch die Verwendung der Strukturierungsmaske entstehende Oberflächenstrukturierung.
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Die Strukturierungsmaske 1 ist für eine Vielzahl von Belichtungen verwendbar, so dass eine erste belichtete Oberfläche und eine nachfolgend mit derselben Strukturierungsmaske belichtete zweite Oberfläche abgesehen von möglichen Prozessschwankungen im Wesentlichen die selbe unregelmäßige Strukturierung aufweisen. Eine unregelmäßige Strukturierung ist also reproduzierbar herstellbar.
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Mit dem beschriebenen Verfahren kann auf einfache und zuverlässige Weise eine Strukturierungsmaske hergestellt werden, die für eine unregelmäßige Strukturierung von Oberflächen, beispielsweise Oberflächen von Halbleiterbauelementen, besonders geeignet ist. Auf aufwändige Herstellungsschritte bei der Herstellung der Strukturierungsmaske, beispielsweise eine Belichtung der zu strukturierenden Maskenschicht, etwa mittels eines Lasers oder eines Elektronenstrahls, kann verzichtet werden.
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Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder den Ausführungsbeispielen angegeben ist.
