DE102015105203A1

DE102015105203A1 - Verfahren zum Bearbeiten einer Schichtenstruktur und Verfahren zum Herstellen einer elektrisch hochleitfähigen Kupferschicht auf einem lichtdurchlässigen Substrat

Info

Publication number: DE102015105203A1
Application number: DE102015105203.2A
Authority: DE
Inventors: Markus Berendt
Original assignee: Von Ardenne GmbH
Current assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Priority date: 2015-04-07
Filing date: 2015-04-07
Publication date: 2016-10-13

Abstract

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Bearbeiten einer Schichtenstruktur, wobei die Schichtenstruktur ein Substrat und eine darauf aufgebrachte Kupferschicht aufweist, Folgendes aufweisen: Einbringen der Schichtenstruktur in einen Bestrahlungsbereich, der mittels mindestens einer Blitzlampe bestrahlt werden kann; Zünden der mindestens einen Blitzlampe, so dass die emittierte Strahlung zumindest teilweise auf die Kupferschicht gestrahlt wird, wobei das Zünden derart gesteuert wird, dass mittels der auf die Kupferschicht gestrahlten Strahlung der spezifische elektrische Schichtwiderstand der Kupferschicht reduziert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten einer Schichtenstruktur und ein Verfahren zum Herstellen einer elektrisch hochleitfähigen Kupferschicht auf einem lichtdurchlässigen Substrat.
Im Allgemeinen können Werkstoffe oder Substrate, wie plattenförmige Substrate, Glasscheiben, Wafer, Folien oder andere Träger, prozessiert, z.B. erwärmt, getrocknet oder getempert werden. Beispielsweise können Substrate, z.B. Platten, Gläser, Wafer, Halbzeuge, Werkzeuge oder andere Verarbeitungsgüter, in einer Prozesskammer mit elektromagnetischer Strahlung (z.B. mit infrarotem, sichtbaren und/oder ultraviolettem Licht) bestrahlt werden. Anschaulich kann das Bestrahlen (auch als Belichten bezeichnet) dazu genutzt werden, Energie in das zu bestrahlende bzw. zu belichtende Substrat einzutragen. Mittels eines Energieeintrags können beispielsweise chemische Prozesse und/oder physikalische Prozesse in dem Substrat selbst oder in einem Material auf dem Substrat angeregt werden, z.B. eine chemische Reaktion, Diffusion, Sintern, Kristallwachstum, Ausheilvorgänge im Kristallgitter des Materials oder Ähnliches.
Mittels Blitzlampen kann elektromagnetische Strahlung mit vergleichsweise großer Intensität gepulst erzeugt werden, so dass ein Substrat beispielsweise mit einer entsprechend großen Bestrahlungsstärke zeitlich gepulst bestrahlt werden kann. Zum Belichten großer Substrate, z.B. Glasplatten mit einer Breite von mehr als einem Meter, oder zum gleichzeitigen Belichten einer Vielzahl von Substraten, können lange Blitzlampen zum Einsatz kommen, z.B. Blitzlampen mit einer Länge von mehr als einem Meter. Diese Blitzlampen können wassergekühlt sein, wobei herkömmlicherweise eine Gasentladungsröhre (die als Blitzlampe betrieben werden kann) koaxial in einem Hüllrohr angeordnet ist. Dabei kann Kühlwasser oder kaltes Gas zum Kühlen der Anordnung zwischen dem Hüllrohr und der Gasentladungsröhre geführt werden.
Im Allgemeinen kann eine Gasentladungsröhre, eine Gasentladungslampe bzw. eine Niederdruckgasentladungslampe als Blitzlampe betrieben werden. Eine Gasentladungsröhre weist herkömmlicherweise eine Kathode und eine Anode innerhalb einer gasgefüllten (Quarz-)Glasröhre auf. Die Gasentladungsröhre kann mittels eines Treiberschaltkreises betrieben werden, welcher mit der Kathode und der Anode der Blitzlampe gekoppelt ist. Der Treiberschaltkreis kann beispielsweise einen Kondensator aufweisen, welcher durch die Gasentladungsröhre hindurch entladen werden kann. Da die Gasentladungsröhre ohne Plasma, also im nicht gezündeten Zustand einen Isolator darstellt, kann es notwendig sein, die Gasentladungsröhre mittels einer Zündspannung zu zünden. Dabei kann der Treiberschaltkreis derart eingerichtet sein, z.B. eine oder mehrere Spulen aufweisen, dass sich der Kondensator nach dem Zünden der Gasentladungsröhre in Form eines Entladungspulses (Strompulses) durch die Gasentladungsröhre hindurch entladen kann, beispielsweise in Form einer elektrischen Gasentladung unter Aussendung von Licht (sichtbarem Licht, UV-Licht und/oder Infrarot-Licht). Beispielsweise kann der Treiberschaltkreis derart eingerichtet sein, dass die Dauer des Entladungspulses bzw. die Dauer der elektrischen Gasentladung kleiner als ungefähr 50 ms oder kleiner als ungefähr 5 ms ist oder kleiner als ungefähr 0,5 ms, so dass anschaulich ein Lichtblitz erzeugt wird. Mittels des Kondensators bzw. des Treiberschaltkreises kann ein Entladungspuls mit einer elektrischen Leistung im Kilowatt-Bereich oder Megawatt-Bereich bereitgestellt sein oder werden.
Die Blitzlampe kann beispielsweise mittels eines elektrischen Zündpulses aktiviert (gezündet) werden, wobei sich erst nach dem Zünden der Blitzlampe der Kondensator des Treiberschaltkreises durch die Blitzlampe hindurch entladen kann. Anschaulich kann eine Blitzlampe selbst als ein Schalter fungieren, da die Blitzlampe unterhalb der Selbstzündspannung den Treiberschaltkreis unterbricht. Somit kann zum Betreiben einer Gasentladungsröhre als Blitzlampe (oder Gasentladungslampe) eine Zündvorrichtung benötigt werden, welche die Gasentladungsröhre derart beeinflusst, dass der an die Gasentladungsröhre gekoppelte Kondensator des Treiberschaltkreises durch die dann nach dem Zünden elektrisch leitende Gasentladungsröhre entladen werden kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Prozessieranordnung zum Bestrahlen eines Substrats mindestens eine Prozesskammer aufweisen sowie eine Transportvorrichtung zum Transportieren und/oder Positionieren des Substrats innerhalb eines Bestrahlungsbereichs der Prozesskammer. Die Prozesskammer kann als Vakuumkammer, Überdruckkammer oder Atmosphärendruck-Kammer eingerichtet sein oder werden. In oder an der Prozesskammer kann eine Bestrahlungsvorrichtung derart bereitgestellt sein oder werden, dass das Substrat in dem Bestrahlungsbereich bestrahlt werden kann. Die Bestrahlungsvorrichtung kann beispielsweise eine Gasentladungsröhre oder eine Anordnung mit mehreren Gasentladungsröhren aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Gasentladungsröhre derart eingerichtet sein, z.B. mit einem entsprechenden Treiberschaltkreis gekoppelt sein, dass sie als Blitzlampe betrieben werden kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Gasentladungsröhre längserstreckt sein, z.B. zylinderförmig, mit einer Länge von mehr als 1 m, z.B. mit einer Länge in einem Bereich von ungefähr 1 m bis ungefähr 5 m.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann mindestens ein Treiberschaltkreis verwendet werden, um die Strahlungsemission, welche beim Blitzen erzeugt wird, einzustellen (z.B. zu steuern und/oder zu regeln). Ferner kann auch die mindestens eine verwendete Gasentladungsröhre angepasst sein oder werden, z.B. kann das Füllgas der verwendeten Gasentladungsröhre (z.B. der Druck und/oder die chemische Zusammensetzung des Füllgases) angepasst sein oder werden. Ferner kann die Bauform der mindestens einen Gasentladungsröhre angepasst sein oder werden, z.B. die Länge der Gasentladungsröhre, welche beispielsweise die Betriebsspannung und damit das Lichtemissionsspektrum beeinflussen kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Bestrahlungsbereich innerhalb der Prozesskammer von einem Reflektor oder mehreren Reflektoren begrenzt sein oder definiert sein. Mit anderen Worten können Reflektoren oberhalb und/oder unterhalb der Bestrahlungsvorrichtung (z.B. auch unterhalb des zu bestrahlenden Substrats) angeordnet sein oder in die Bestrahlungsvorrichtung integriert sein oder werden. Ferner können Reflektoren den Bestrahlungsbereich seitlich begrenzen, sowohl parallel zur Transportrichtung als auch quer zur Transportrichtung. Somit kann eine Vorderseite des Substrats, welche zu der Bestrahlungsvorrichtung hin gerichtet ist, beispielsweise möglichst homogen bzw. mit einem vordefinierten Muster bestrahlt werden.
Generell kann Strahlung (z.B. elektromagnetische Strahlung) beispielsweise mittels verschiedener physikalischer Größen charakterisiert werden, wobei diese Charakterisierung wellenlängenabhängig sein kann. Die hierin beschrieben physikalischen Größen, welche zum Beschreiben der elektromagnetischen Strahlung genutzt werden, können sich auf eine Wellenlänge beziehen oder können über einen Wellenlängenbereich gemittelt sein, z.B. über einen Wellenlängenbereich von 400 nm bis 800 nm. Dabei kann das Emissionsspektrum der Bestrahlungsvorrichtung im Wesentlichen definieren, welcher Wellenlängenbereich betrachtet wird. Der Transmissionsgrad (auch als Transmissivität bezeichnet), der Reflexionsgrad (auch als Reflektivität bezeichnet) und der Absorptionsgrad (z.B. der hemisphärische Gesamtabsorptionsgrad oder der gerichtete Gesamtabsorptionsgrad) können jeweils mittels Reflexions-Transmissions-Messungen ermittelt werden.
Ein Aspekt verschiedener Ausführungsformen kann anschaulich darin gesehen werden, den elektrischen Schichtwiderstand (bzw. den spezifischen elektrischen Schichtwiderstand) einer mittels CVD oder PVD auf einem Substrat abgeschiedenen Kupferschicht zu verringern. Dabei kann es schwierig sein, eine vergleichsweise dünne Kupferschicht (z.B. mit einer Schichtdicke in einem Bereich von ungefähr 50 nm bis ungefähr 10 µm) auf beispielsweise einem transparenten bzw. lichtdurchlässigen Substrat (z.B. einem Glassubstrat oder einer Kunststofffolie) mit niedrigem Schichtwiderstand herzustellen. Eine Kupferschicht kann beispielsweise eine Mindestschichtdicke von beispielsweise mehr als 10 nm, 20 nm, 30 nm, 40 nm, oder 50 nm aufweisen, damit diese effektiv mittels Licht behandelt (z.B. getempert) werden kann.
Ferner kann ein anderer Aspekt verschiedener Ausführungsformen anschaulich darin gesehen werden, eine Kupferschicht mit einer Bestrahlung zu bestrahlen, welche mehr als 90% (z.B. 90% bis 99%) der maximalen Bestrahlung entspricht, wobei die maximale Bestrahlung der Zerstörschwelle entspricht, bei der die Kupferschicht degradiert, abdampft oder sich vom Substrat löst.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Bearbeiten einer Schichtenstruktur, wobei die Schichtenstruktur ein Substrat und eine darauf aufgebrachte Kupferschicht aufweist, Folgendes aufweisen: Einbringen der Schichtenstruktur in einen Bestrahlungsbereich, der mittels mindestens einer Blitzlampe bestrahlt werden kann; Zünden der mindestens einen Blitzlampe, so dass die emittierte Strahlung zumindest teilweise auf die Kupferschicht gestrahlt wird, wobei das Zünden derart gesteuert wird, dass mittels der auf die Kupferschicht gestrahlten Strahlung der spezifische elektrische Schichtwiderstand der Kupferschicht reduziert wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Bestrahlungsbereich in einer Prozesskammer bereitgestellt sein oder werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Kupferschicht eine Schichtdicke aufweisen in einem Bereich von ungefähr 0,05 µm bis ungefähr 10 µm. Mit anderen Worten kann das Verfahren zum Bearbeiten einer Schichtenstruktur auch das Abscheiden der Kupferschicht auf das Substrat aufweisen, wobei das Abscheiden beispielsweise mittels chemischer Gasphasenabscheidung (CVD), z.B. mittels plasmaverstärkter CVD (auch als PECVD bezeichnet), und/oder physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD) erfolgen kann, z.B. mittels Sputterns (z.B. Magnetronsputterns), thermischen Verdampfens und/oder Elektrodenstrahlverdampfens.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Kupferschicht eine Transmissivität von weniger als 30% aufweisen, z.B. in einem Wellenlängenbereich von 400 nm bis 800 nm. Anschaulich kann die Kupferschicht derart auf dem Substrat abgeschieden werden oder derart bereitgestellt werden (z.B. mit einer vordefinierten Schichtdicke) dass die Kupferschicht ausreichend elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich der von der mindestens einen Blitzlampe emittierten Strahlung absorbieren kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner Folgendes aufweisen: Ermitteln einer maximal zulässigen Bestrahlung (z.B. Strahlungsenergie pro effektiver Empfängerfläche in J/cm²), ab welcher die Kupferschicht degradiert, abgedampft wird und/oder sich zumindest teilweise vom Substrat ablöst (je nachdem, was bei steigender Bestrahlung als erstes Eintritt). Basierend darauf kann das Zünden der mindestens einen Blitzlampe derart erfolgen (z.B. gesteuert oder geregelt), dass die Kupferschicht mit einer Bestrahlung (auch als Dosis oder Energie bezeichnet) von 0,75 bis 0,99 der maximal zulässigen Bestrahlung bestrahlt wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Zünden derart erfolgen (z.B. gesteuert oder geregelt), dass die Kupferschicht mit einer Bestrahlung von mehr als 1 J/cm2 bestrahlt wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Kupferschicht direkt auf dem Substrat aufgebracht sein oder werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat ein Glassubstrat sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat ein Halbleitersubstrat oder eine Kunststofffolie sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat ein Metallband sein oder Metall aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Glas eine transparente bzw. lichtdurchlässige Folie sein.
Das Substrat, z.B. ein Glassubstrat, ein Kunststoffsubstrat (z.B. aufweisend PET (Polyethylenterephthalat), PMMA (Polymethylmethacrylat) und/oder PC (Polycarbonat)) oder ein Saphir-Glas (transparentes Al₂O₃) kann eine gewisse Transparenz, anschaulich eine Durchlässigkeit für elektromagnetische Strahlung, aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das lichtdurchlässige Substrat eine Transmissivität von mehr als 50% (z.B. 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, z.B. 50% bis 99%) aufweisen. Die Transmissivität kann beispielsweise im Wesentlichen über das sichtbare Spektrum des Lichts gemittelt sein oder werden, z.B. über einen Wellenlängenbereich von 400 nm bis 800 nm. Dabei kann das lichtdurchlässige Substrat transparent (klar, bild- oder blickdurchlässig) oder auch transluzent (getrübt oder streuend lichtdurchlässig) sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat ein Metallband oder eine Leiterplatte (ein sogenanntes PCB, printed circuit board) aufweisen oder sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Zünden derart erfolgen (z.B. gesteuert oder geregelt), dass die Bestrahlungsdauer nach einem Zünden in einem Bereich von ungefähr 0,1 µs bis ungefähr 1 ms liegt. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Bestrahlungsdauer der zeitlichen Halbwertsbreite des Strahlungspulses entsprechen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Zünden derart erfolgen (z.B. gesteuert oder geregelt), dass mittels der auf die Kupferschicht eingestrahlten Strahlung der spezifische elektrische Schichtwiderstand der Kupferschicht auf weniger als 2,5 µOhm·cm reduziert wird. Dies kann bis zu einer theoretischen Untergrenze von 1,68 µOhm·cm erfolgen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Zünden derart erfolgen (z.B. gesteuert oder geregelt), dass mittels der auf die Kupferschicht gestrahlten Strahlung der spezifische elektrische Schichtwiderstand der Kupferschicht um mehr als 15% reduziert wird.
Der spezifische elektrische Schichtwiderstand der Kupferschicht kann beispielsweise ermittelt werden, indem der elektrische Schichtwiderstand (auch als Flächenwiderstand bezeichnet) der Kupferschicht gemessen wird (z.B. mittels Vier-Punkt-Methode, Van-der-Pauw-Methode oder eines Wirbelstromprüfgeräts) und mittels der Schichtdicke (bzw. der gesamten Schichtgeometrie) der Kupferschicht der spezifische elektrische Schichtwiderstand (auch als spezifischer Flächenwiderstand bezeichnet) ermittelt wird. Der spezifische elektrische Schichtwiderstand (oder auch als spezifischer elektrischer Schichtwiderstand der Kupferschicht bezeichnet) kann beispielsweise die Mikrostruktur der Kupferschicht berücksichtigen oder widerspiegeln.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Herstellen einer elektrisch hochleitfähigen Kupferschicht auf einem lichtdurchlässigen Substrat Folgendes aufweisen:
Aufbringen einer Kupferschicht auf das lichtdurchlässige Substrat, wobei die Kupferschicht eine Schichtdicke von mehr als 50 nm und einen ersten spezifischen elektrischen Schichtwiderstand aufweist; Bestrahlen der Kupferschicht mittels einer Blitzlampenanordnung derart, dass mittels auf die Kupferschicht gestrahlte Strahlung der spezifische elektrische Widerstand der Kupferschicht auf einen zweiten spezifischen elektrischen Schichtwiderstand reduziert wird, wobei der zweite spezifische elektrische Schichtwiderstand geringer ist als 85% (oder beispielsweise ungefähr 30% bis 90%) des ersten spezifischen elektrischen Schichtwiderstands.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Herstellen einer elektrisch hochleitfähigen Kupferschicht auf einem lichtdurchlässigen Substrat Folgendes aufweisen:
Aufbringen einer Kupferschicht auf ein lichtdurchlässiges Substrat mittels physikalischer Gasphasenabscheidung, wobei die Kupferschicht eine Schichtdicke von mehr als 50 nm und einen spezifischen elektrischen Schichtwiderstand von mehr als 3 µOhm·cm aufweist; Bestrahlen der Kupferschicht mittels einer Blitzlampenanordnung mit einer Bestrahlung von mehr als 1 J/cm² derart, dass mittels auf die Kupferschicht gestrahlte Strahlung der spezifische elektrische Schichtwiderstand der Kupferschicht auf weniger als 2,5 µOhm·cm reduziert wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Bestrahlen gepulst erfolgen, z.B. mit einer Bestrahlung (auf der Oberfläche des Substrats, welche der Bestrahlungsvorrichtung zugewandt ist) von mehr als 0,1 J/cm². Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Bestrahlen gepulst erfolgen, z.B. mit einer Bestrahlung (auf der Oberfläche des Substrats, welche der Bestrahlungsvorrichtung zugewandt ist) von mehr als 1 J/cm². Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Bestrahlen gepulst erfolgen, z.B. mit einer Bestrahlung (auf der Oberfläche des Substrats, welche der Bestrahlungsvorrichtung zugewandt ist) in einem Bereich von ungefähr 0,1 J/cm² bis ungefähr 20 J/cm², z.B. 0,1 J/cm² bis ungefähr 10 J/cm².
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Bestrahlen unter Inertgas-Atmosphäre erfolgen, d.h. beispielsweise in einem mit Stickstoff oder Edelgas gefüllten Bestrahlungsbereich. Alternativ kann das Bestrahlen im Hochvakuum erfolgen. Mit anderen Worten kann der Bestrahlungsbereich evakuiert sein oder werden, z.B. auf einen Gesamtdruck von weniger als 10^–3 mbar, oder es kann eine Inertgas-Atmosphäre in dem Bestrahlungsbereich bereitgestellt sein oder werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Sauerstoffpartialdruck in dem Bestrahlungsbereich geringer sein als 10^–4 mbar.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Bestrahlen einer Kupferschicht mittels einer Blitzlampenanordnung derart erfolgen, dass mittels auf die Kupferschicht gestrahlte Strahlung der ursprüngliche spezifische elektrische Widerstand der Kupferschicht auf einen spezifischen elektrischen Schichtwiderstand reduziert wird, wobei der spezifische elektrische Schichtwiderstand geringer ist als 85% des ursprünglichen spezifischen elektrischen Schichtwiderstands. Dabei kann sich der ursprüngliche spezifische elektrische Schichtwiderstand aus dem Abscheideverfahren ergeben, welches zum Aufbringen der Kupferschicht auf das Substrat verwendet wurde.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen
1 eine Bestrahlungsvorrichtung einer Prozessieranordnung in einer schematischen Darstellung, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
2 ein schematisches Ablaufdiagramm für ein Verfahren zum Bearbeiten einer Schichtenstruktur, wobei die Schichtenstruktur ein Substrat und eine darauf aufgebrachte Kupferschicht aufweist, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
3 ein schematisches Ablaufdiagramm für ein Verfahren zum Herstellen einer elektrisch hochleitfähigen Kupferschicht auf einem lichtdurchlässigen Substrat, gemäß verschiedenen Ausführungsformen; und
4 ein schematisches Ablaufdiagramm für ein Verfahren zum Herstellen einer elektrisch hochleitfähigen Kupferschicht auf einem lichtdurchlässigen Substrat, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa "oben", "unten", "vorne", "hinten", "vorderes", "hinteres", usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe "verbunden", "angeschlossen" sowie "gekoppelt" verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird ein Verfahren zum Kurzzeittempern von Kupfer bereitgestellt. Herkömmlicherweise werden sehr dünne Silberschichten, so genannte Low-E-Schichten, mittels Kurzzeittemperns behandelt. Ferner werden transparente leitfähige Oxide (z.B. ITO) mittels Kurzzeittemperns behandelt.
Beim Blitzen einer Kupferschicht (auch als Bestrahlen oder Belichten bezeichnet) muss die Bestrahlung, welche in die Kupferschicht eingebracht wird, beispielsweise unter Berücksichtigung des spezifischen Absorptionsspektrums von Kupfer angepasst werden. Beispielsweise kann es nicht möglich sein, eine sehr dünne Kupferschicht, analog zu den Low-E-Silberschichten, effektiv zu bestrahlen, da sich das spezifische Absorptionsspektrum von Kupfer deutlich von Silber unterscheidet.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine elektrisch hochleitfähige Kupferschicht (eine vergleichsweise dicke Schicht), bestrahlt bzw. belichtet. Die Kupferschicht kann eine Schichtdicke derart aufweisen, dass diese optisch undurchlässig ist. Somit können eine ausreichende Absorption und eine effektives Kurzzeittempern der Kupferschicht erfolgen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Kupferschicht in einer Beschichtungsanlage auf das Substrat aufgebracht werden, z.B. mittels CVD oder PVD. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Kupferschicht nasschemisch aufgebracht werden, oder beispielsweise als Sol-Gel-Schicht oder als metallische Tinte. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die getemperte Kupferschicht mit dem dann geringen spezifischen Schichtwiderstand von weniger als 2,5 µOhm·cm als Kontaktschicht oder Kontaktstruktur für Photovoltaik-Zellen oder für die Mikroelektronik verwendet werden. Eine Kupferschicht mit einem spezifischen elektrischen Schichtwiderstand von weniger als 2,5 µOhm·cm kann beispielsweise als eine hochleitfähige Kupferschicht bezeichnet werden.
Mittels PVD-Verfahren erzeugte Kupferschichten weisen herkömmlicherweise nicht die theoretisch machbaren elektrischen Schichtwiderstände auf, sondern meist deutlich höhere Schichtwiderstände, insbesondere bei Schichtdicken von weniger als 100 nm. Um optimale elektrische Schichtwiderstände zu erreichen, muss oft eine (thermische) Nachbehandlung erfolgen. Da Kupfer (z.B. in Form einer dünnen Schicht, wie hierin beschrieben ist) sehr oxidationsempfindlich ist, ist beispielsweise eine Schutzgasatmosphäre oder Hoch-Vakuum (z.B. weniger als 10^–3 mbar, z.B. in einem Bereich von ungefähr 10^–3 mbar bis ungefähr 10^–7 mbar) während der Nachbehandlung erforderlich.
Ferner kann der elektrische Schichtwiderstand dadurch verbessert werden, dass hochreine (wobei beispielsweise Kupfertargets bis zu einer Reinheit von ungefähr 8N verfügbar sind) und/oder einkristalline Targets (z.B. für Magnetronsputtern oder zum Verdampfen mittels eines Heizers, Lasers oder Elektronenstrahls) verwendet werden, die jedoch entsprechend hochpreisig sind. Durch das hierin beschriebene Verfahren kann beispielsweise auf hochreine und/oder einkristalline Targets verzichtet werden, sowie insgesamt Kupfer eingespart werden, da die geforderten elektrischen Leitfähigkeiten aufgrund des verringerten spezifischen Schichtwiderstandes bereits mit dünneren Schichten erreicht werden können.
Der theoretische spezifische elektrische Widerstand für Kupfer liegt bei 1,7 µOhm·cm. Ziel ist es beispielsweise, sich diesem durch geeignete Behandlung der Kupferschichten so weit wie möglich anzunähern. Gesputterte, beispielsweise 80 nm dicke Kupferschichten können, je nach gewählten Abscheidebedingungen, spezifische elektrische Schichtwiderstände in einem Bereich von beispielsweise ungefähr 3 µOhm·cm bis ungefähr 5 µOhm·cm aufweisen, oder mehr als 5 µOhm·cm. Um ungefähr 2 µOhm·cm für den spezifischen elektrischen Schichtwiderstand zu erreichen, können die Kupferschichten im Vakuum bei einer Temperatur in einem Bereich von ungefähr 200°C bis ungefähr 400°C getempert oder anderweitig geeignet rein thermisch nachbehandelt werden. Nachteilig daran kann es beispielsweise sein, dass der Anlagenaufwand sehr groß ist, vor allem für die Vakuumerzeugung. Gleichzeitig kann der Zeitbedarf (z.B. für eine Abkühlung im Vakuum, welche bei massereichen Substraten sehr lange dauern kann) groß sein. Ferner kann eine thermische Behandlung energieaufwändig sein, da das Substrat zwangsweise mit erwärmt werden muss. Das Substrat muss ferner eine entsprechende thermische Stabilität aufweisen, weshalb Kupferschichten auf Polymersubstraten auf diese Weise nicht nachbehandelt werden können.
Ein so genanntes Kurzzeittempern kann beispielsweise mittels Blitzlampen erfolgen, wobei der Energieeintrag in einem Zeitfenster von ungefähr 1 µs bis ungefähr 1 ms erfolgen kann. Kupferschichten können dafür aufgrund der ausreichend hohen Lichtabsorption im kurzwelligen Bereich hervorragend geeignet sein. Beim Blitzen weist das Emissionsspektrum einen vergleichsweise hohen Blau-Anteil auf, wobei die Kupferschicht den Blau-Anteil ausreichend gut absorbieren kann. Somit kann die Lichtenergie beinahe ausschließlich von der Kupferschicht absorbiert werden (anschaulich nur unwesentlich vom Substrat), weshalb sich nur die Kupferschicht erwärmt und nicht das Substrat. Das Verfahren ist darum auch für Substrate geeignet, welche thermisch empfindliche Materialien aufweisen (z.B. Polymere, Folien, Mesh (Textilien oder Fasermaterialien) oder Ähnliches). Da die Kupferschicht nur für Sekundenbruchteile erwärmt wird, findet nur eine minimale, oberflächliche Oxidation statt, die jedoch keinen Einfluss auf den Schichtwiderstand ausübt. Das hierin beschriebene Verfahren kann darum selbst bei normaler Raumluft angewandt werden, lässt sich aber genauso in Vakuumbeschichtungsanlagen integrieren. Für eine 80 nm dicke Kupferschicht auf Glas kann beispielsweise eine Dosis (Bestrahlung) von ungefähr 2,2 J/cm² bei einer Pulsdauer von ungefähr 300 µs optimal sein. Höhere Dosen können beispielsweise zur Zerstörung der Kupferschicht führen, geringere Dosen ab ungefähr 1 J/cm² können den spezifischen elektrischen Schichtwiderstand verbessern, jedoch nicht auf den minimal möglichen Wert, welcher bei der optimalen Dosis erreicht wird. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Bestrahlen einmal oder mehrmals erfolgen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Bestrahlen derart erfolgen, dass die Schicht nicht zerstört wird, jedoch mit einer maximal möglichen Bestrahlung pro Lichtblitz (auch als Strahlungspuls bezeichnet) bestrahlt werden. Die Zeitdauer eines Strahlungspulses kann beispielsweise der Halbwertsbreite des Strahlungspulses entsprechen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine beispielsweise 80 nm dicke Kupferschicht auf einem Glassubstrat nach der Schichtabscheidung einen spezifischen elektrischen Schichtwiderstand von ungefähr 3,27 µOhm·cm aufweisen. Der spezifische elektrische Schichtwiderstand kann sich beispielsweise bei einem Lagern der Schichtenstruktur (z.B. für 48 h) auf 2,89 µOhm·cm verringern, jedoch auch bei längerer Lagerung nicht auf weniger als beispielsweise ungefähr 2,7 µOhm·cm.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der spezifische elektrische Schichtwiderstand der Kupferschicht von ungefähr 3,27 µOhm·cm auf ungefähr 2,92 µOhm·cm verringert werden, indem diese einmal mit einer Bestrahlung von ungefähr 1,0 J/cm² bestrahlt wird, was einer relativen Veränderung von ungefähr 10,7% entspricht.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der spezifische elektrische Schichtwiderstand der Kupferschicht von ungefähr 3,27 µOhm·cm auf ungefähr 2,71 µOhm·cm verringert werden, indem diese einmal mit einer Bestrahlung von ungefähr 1,5 J/cm² bestrahlt wird, was einer relativen Veränderung von ungefähr 17,3% entspricht.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der spezifische elektrische Schichtwiderstand der Kupferschicht von ungefähr 3,27 µOhm·cm auf ungefähr 2,31 µOhm·cm verringert werden, indem diese einmal mit einer Bestrahlung von ungefähr 2,0 J/cm² bestrahlt wird, was einer relativen Veränderung von ungefähr 29,5% entspricht.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der spezifische elektrische Schichtwiderstand der Kupferschicht von ungefähr 3,27 µOhm·cm auf ungefähr 2,28 µOhm·cm verringert werden, indem diese einmal mit einer Bestrahlung von ungefähr 2,2 J/cm² bestrahlt wird, was einer relativen Veränderung von ungefähr 30,3% entspricht.
Dagegen kann der spezifische elektrische Schichtwiderstand der Kupferschicht von ungefähr 3,27 µOhm·cm auf nur noch ungefähr 2,33 µOhm·cm verringert werden, wenn diese einmal mit einer Bestrahlung von ungefähr 2,4 J/cm² bestrahlt wird, was einer relativen Veränderung von ungefähr 28,9% entspricht. Diese Kupferschicht kann beispielsweise bereits am Rand zerstört sein.
Bei einer Bestrahlung von ungefähr 3 J/cm² kann die Kupferschicht vollständig vom Substrat abgedampft bzw. abgelöst sein. Anschaulich kann das Bestrahlen der Kupferschicht nicht mit einer beliebigen Bestrahlung erfolgen, sondern muss möglichst nahe an der Zerstörschwelle durchgeführt werden. Daher kann es notwendig oder hilfreich sein, z.B. mittels einer oder mehrerer Test-Kupferschichten, die Zerstörschwelle zu ermitteln und dann das Bestrahlen der zu bestrahlenden Kupferschicht durchzuführen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Zerstörschwelle und damit die notwendige Bestrahlung zum Erreichen optimaler Bestrahlungsergebnisse von der Schichtdicke der Kupferschicht abhängen, so dass die Schichtdicke der Kupferschicht bei dem Bestrahlen berücksichtigt werden kann. Beispielsweise kann jeweils die Zerstörschwelle für Kupferschichten mit verschiedenen Schichtdicken ermittelt werden und dies kann bei dem Bestrahlen der zu bestrahlenden Kupferschicht berücksichtigt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann beispielsweise das Substrat weniger stark erwärmt werden, wenn die Dicke der Kupferschicht größer wird. Wenn beispielsweise die Dicke der Kupferschicht geringer ist als 50 nm, absorbiert beispielsweise das Substrat zunehmend mit.
1 veranschaulicht eine Prozessieranordnung zum Bestrahlen einer Schichtenstruktur 104, wobei die Schichtenstruktur 104 eine Kupferschicht 106k und ein Substrat 106s aufweist, in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Die Prozessieranordnung kann beispielsweise Folgendes aufweisen:
eine Transportvorrichtung (nicht dargestellt) zum Transportieren der Schichtenstruktur 104 in einen Bestrahlungsbereich 111 hinein, aus dem Bestrahlungsbereich 111 heraus und/oder zum Positionieren der Schichtenstruktur 104 in dem Bestrahlungsbereich 111 der Prozessieranordnung. Der Bestrahlungsbereich 111 der Prozessieranordnung kann beispielsweise innerhalb einer Prozesskammer (nicht dargestellt) bereitgestellt sein oder werden. Ferner kann die Transportvorrichtung zumindest teilweise in der Prozesskammer angeordnet sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Prozessieranordnung als so genannte Durchlaufbehandlungsanlage (auch als In-Line-Anlage bezeichnet) ausgestaltet sein. Dabei kann die Schichtenstruktur 104 ein plattenförmiges Substrat 106s aufweisen, z.B. eine Glasscheibe oder Ähnliches. Alternativ kann die Prozessieranordnung als so genannte Band-Behandlungsanlage (auch als Rolle-zu-Rolle-Anlage oder R2R-Anlage bezeichnet) ausgestaltet sein. Dabei kann die Schichtenstruktur 104 ein Bandsubstrat 106s aufweisen, z.B. ein Metallband oder eine Folie, z.B. eine Kunststofffolie.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Transportvorrichtung eine Transportrichtung definieren oder vorgeben, entlang derer die Schichtenstruktur 104 beispielsweise durch den Bestrahlungsbereich 111 hindurch transportiert wird. Ferner kann die Transportvorrichtung eine Transportebene oder Transportfläche definieren oder vorgeben, in der die Schichtenstruktur 104 beispielsweise durch den Bestrahlungsbereich 111 hindurch transportiert wird.
Ferner kann die Prozessieranordnung eine Bestrahlungsvorrichtung 100 aufweisen zum Bestrahlen der Schichtenstruktur 104 in dem Bestrahlungsbereich 111. Die Bestrahlungsvorrichtung 100 kann beispielsweise mindestens eine Gasentladungsröhre 102 aufweisen (z.B. genau eine Gasentladungsröhre 102 oder auch mehrere Gasentladungsröhren 102) zum Bestrahlen 102s der in dem Bestrahlungsbereich 111 transportierten und/oder positionierten Schichtenstruktur 104.
Anschaulich kann das Substrat 106s eine zu bestrahlende Vorderseite aufweisen, welche der Bestrahlungsvorrichtung 100 beim Bestrahlen zugewandt ist. Auf der zu bestrahlenden Vorderseite des Substrats 106s kann beispielsweise eine Beschichtung 106k aufgebracht sein oder werden. Die Beschichtung 106k kann beispielsweise einen Teil der von der Bestrahlungsvorrichtung 100 emittieren Strahlung absorbieren. Die Beschichtung 106k kann beispielsweise strukturiert sein, z.B. eine strukturierte Kupferschicht 106k sein. Das Substrat 106s kann beispielsweise im Wesentlichen durchlässig für die von der Bestrahlungsvorrichtung 100 emittiere Strahlung sein. Alternativ kann das Substrat beispielsweise auch ein Halbleitersubstrat sein, welches im Wesentlichen lichtundurchlässig ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Abstand der mindestens einen Gasentladungsröhre 102b der Bestrahlungsvorrichtung 100 von der Schichtenstruktur 104 (bzw. von der Transportebene oder der Transportfläche) in einem Bereich von ungefähr 1 cm bis ungefähr 30 cm liegen. Ferner kann die Bestrahlungsvorrichtung 100 mindestens einen Reflektor 108 aufweisen zum Bestrahlen der Schichtenstruktur 104.
2 veranschaulicht ein schematisches Ablaufdiagramm für ein Verfahren 200 zum Bearbeiten einer Schichtenstruktur 104, wobei die Schichtenstruktur 104 ein Substrat 106s und eine darauf aufgebrachte Kupferschicht 106k aufweist, wobei das Verfahren 200 Folgendes aufweisen kann: in 210, Einbringen der Schichtenstruktur 104 in einen Bestrahlungsbereich 111, der mittels mindestens einer Blitzlampe 102 bestrahlt werden kann; und, in 220, Zünden der mindestens einen Blitzlampe 102, so dass die emittierte Strahlung zumindest teilweise auf die Kupferschicht 106k gestrahlt wird, wobei das Zünden derart gesteuert oder geregelt wird, dass mittels der auf die Kupferschicht 106k gestrahlten Strahlung der spezifische elektrische Schichtwiderstand der Kupferschicht 106k reduziert wird.
Anschaulich kann eine Bestrahlungsvorrichtung 100, wie vorangehend beschrieben ist, entsprechend eingerichtet sein und mittels eines Treiberschaltkreises und einer Zündung entsprechend derart betrieben werden, dass die erforderliche Bestrahlung zum Bestrahlen der Kupferschicht 106k bereitgestellt wird, wie vorangehend beschrieben ist.
3 veranschaulicht ein schematisches Ablaufdiagramm für ein Verfahren 300 zum Herstellen einer elektrisch hochleitfähigen Kupferschicht 106k auf einem lichtdurchlässigen Substrat 106s (beispielsweise auf einem Glassubstrat oder einem lichtdurchlässigen Kunststoffsubstrat), wobei das Verfahren 300 Folgendes aufweisen kann: in 310, Aufbringen einer Kupferschicht 106k auf das lichtdurchlässige Substrat 106s, wobei die Kupferschicht 106k eine Schichtdicke von mehr als 50 nm und einen ersten spezifischen elektrischen Schichtwiderstand aufweist; und, in 320, Bestrahlen der Kupferschicht 106k mittels einer Blitzlampenanordnung 100 derart, dass mittels auf die Kupferschicht 106k gestrahlte Strahlung der spezifische elektrische Widerstand der Kupferschicht 106k auf einen zweiten spezifischen elektrischen Schichtwiderstand reduziert wird, wobei der zweite spezifische elektrische Schichtwiderstand geringer ist als 85% des ersten spezifischen elektrischen Schichtwiderstands.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der erste spezifische elektrische Schichtwiderstand der Kupferschicht ungefähr 3,27 µOhm·cm aufweisen und der zweite spezifische elektrische Schichtwiderstand kann ungefähr 2,31 µOhm·cm aufweisen, wie vorangehend beschrieben ist, was beispielsweise einer relativen Veränderung von ungefähr 29,5% entspricht.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der erste spezifische elektrische Schichtwiderstand der Kupferschicht ungefähr 3,27 µOhm·cm aufweisen und der zweite spezifische elektrische Schichtwiderstand kann ungefähr 2,28 µOhm·cm aufweisen, wie vorangehend beschrieben ist, was beispielsweise einer relativen Veränderung von ungefähr 30,3% entspricht.
4 veranschaulicht ein schematisches Ablaufdiagramm für ein Verfahren 400 zum Herstellen einer elektrisch hochleitfähigen Kupferschicht 106k auf einem lichtdurchlässigen Substrat 106s (beispielsweise auf einem Glassubstrat oder einem lichtdurchlässigen Kunststoffsubstrat), wobei das Verfahren 300 Folgendes aufweisen kann: in 410, Aufbringen einer Kupferschicht 106k auf das beispielsweise lichtdurchlässige Substrat 106s (z.B. mittels physikalischer Gasphasenabscheidung, chemischer Gasphasenabscheidung, mittels Aufbringens einer Kupferpaste oder mittels Aufbringens einer Kupfer-Partikel-Dispersion), wobei die Kupferschicht 106k eine Schichtdicke von mehr als 50 nm und einen spezifischen elektrischen Schichtwiderstand von mehr als 3 µOhm·cm aufweist; und, in 420, Bestrahlen der Kupferschicht 106k mittels einer Blitzlampenanordnung 100 mit einer Bestrahlung von mehr als 1 J/cm² derart, dass mittels auf die Kupferschicht 106k gestrahlte Strahlung der spezifische elektrische Schichtwiderstand der Kupferschicht 106k auf weniger als 2,5 µOhm·cm reduziert wird.

Claims

Verfahren zum Bearbeiten einer Schichtenstruktur, wobei die Schichtenstruktur ein Substrat und eine darauf aufgebrachte Kupferschicht aufweist, das Verfahren aufweisend: • Einbringen der Schichtenstruktur in einen Bestrahlungsbereich, der mittels mindestens einer Blitzlampe bestrahlt werden kann; • Zünden der mindestens einen Blitzlampe, so dass die emittierte Strahlung zumindest teilweise auf die Kupferschicht gestrahlt wird, • wobei das Zünden derart gesteuert oder geregelt wird, dass mittels der auf die Kupferschicht gestrahlten Strahlung der spezifische elektrische Schichtwiderstand der Kupferschicht reduziert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Kupferschicht eine Schichtdicke aufweist in einem Bereich von 0,05 µm bis 10 µm.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, ferner aufweisend: Ermitteln einer maximal zulässigen Bestrahlung, ab welcher die Kupferschicht degradiert, abgedampft wird und/oder sich zumindest teilweise vom Substrat ablöst, wobei ferner das Zünden derart gesteuert oder geregelt wird, dass die Kupferschicht mit einer Bestrahlung von 0,75 bis 0,99 der maximal zulässigen Bestrahlung bestrahlt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Zünden derart gesteuert oder geregelt wird, dass die Kupferschicht mit einer Bestrahlung in einem Bereich von 1 J/cm² bis 3 J/cm² bestrahlt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Kupferschicht direkt auf das Substrat aufgebracht ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner aufweisend: Evakuieren des Bestrahlungsbereichs oder Bereitstellen einer Inertgas-Atmosphäre in dem Bestrahlungsbereich.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Zünden derart gesteuert oder geregelt wird, dass die Bestrahlungsdauer nach einem Zünden in einem Bereich von 0,1 µs bis 1 ms liegt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Zünden derart gesteuert oder geregelt wird, dass mittels der auf die Kupferschicht gestrahlten Strahlung der spezifische elektrische Schichtwiderstand der Kupferschicht um mehr als 15% reduziert wird.
Verfahren zum Herstellen einer elektrisch hochleitfähigen Kupferschicht auf einem lichtdurchlässigen Substrat, das Verfahren aufweisend: • Aufbringen einer Kupferschicht auf das lichtdurchlässige Substrat, wobei die Kupferschicht eine Schichtdicke von mehr als 50 nm und einen ersten spezifischen elektrischen Schichtwiderstand aufweist; • Bestrahlen der Kupferschicht mittels einer Blitzlampenanordnung derart, dass mittels auf die Kupferschicht gestrahlte Strahlung der spezifische elektrische Widerstand der Kupferschicht auf einen zweiten spezifischen elektrischen Schichtwiderstand reduziert wird, wobei der zweite spezifische elektrische Schichtwiderstand geringer ist als 85% des ersten spezifischen elektrischen Schichtwiderstands.
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei der erste spezifische elektrische Schichtwiderstand größer ist als 3 µOhm·cm und wobei der zweite spezifische elektrische Schichtwiderstand kleiner ist als 2,5 µOhm·cm.