DE102020203065A1 - Method and device for producing structures on a substrate - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Strukturen (1) auf einem Substrat (2), wobei in einen potentialbehafteten Plasmajet (5) ein Beschichtungsmaterial (6) eingebracht wird, das mittels des Plasmajets (5) auf einer Oberfläche des Substrats (2) zur Bildung der Strukturen (1) unter Relativbewegung zwischen dem Plasmajet (5) und dem Substrat (1) abgeschieden wird.The invention relates to a method for producing structures (1) on a substrate (2), a coating material (6) being introduced into a plasma jet (5) with potential, which is applied to a surface of the substrate (2) by means of the plasma jet (5). to form the structures (1) is deposited with relative movement between the plasma jet (5) and the substrate (1).
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Strukturen auf einem Substrat, wobei die Strukturen insbesondere in Form von Leiterbahnen ausgebildet sein können.The invention relates to a method and a device for producing structures on a substrate, it being possible for the structures in particular to be in the form of conductor tracks.
Stand der TechnikState of the art
Ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Erzeugung von Strukturen auf einem Substrat mit den Merkmalen der beiden unabhängigen Ansprüche ist aus der
Weiterhin ist es in der bekannten Schrift auch erwähnt, dass zur Beeinflussung bzw. Ausbildung einer gewünschten Geometrie der Strukturen auf dem Substrat Maskenelemente oder chemische Behandlungen des Substrats bekannt sind. Auch derartige Maßnahmen stellen einen zusätzlichen verfahrenstechnischen Aufwand dar, der die Herstellkosten erhöht, und je nach verwendeter Maßnahme ggf. zusätzliche Nachteile aufweist.Furthermore, it is also mentioned in the known document that mask elements or chemical treatments of the substrate are known for influencing or forming a desired geometry of the structures on the substrate. Such measures also represent an additional procedural effort that increases the manufacturing costs and, depending on the measure used, may have additional disadvantages.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung von Strukturen auf einem Substrat mit den Merkmalen der beiden unabhängigen Ansprüche hat den Vorteil, dass insbesondere eine scharf begrenzte bzw. eine relativ geringe Breite aufweisende Struktur auf dem Substrat erzeugt werden kann, ohne dass hierzu beispielsweise im Bereich des Substrats zusätzliche Maßnahmen getroffen werden müssen. Insbesondere ist es auch nicht erforderlich, nach dem Auftreffen des mit den Partikeln beaufschlagten, potentialbehafteten Plasmajets auf das Substrat nachträglich an dem Substrat zusätzliche verfahrenstechnische Schritte durchführen zu müssen, insbesondere Partikel zu entfernen.The method according to the invention and the device according to the invention for producing structures on a substrate with the features of the two independent claims has the advantage that, in particular, a sharply delimited structure or structure having a relatively small width can be produced on the substrate without this, for example, in the Additional measures must be taken in the area of the substrate. In particular, it is also not necessary to have to subsequently carry out additional procedural steps on the substrate, in particular to remove particles, after the non-floating plasma jet to which the particles are applied and has impinged on the substrate.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, den in Richtung des Substrats strömenden Plasmajet hinsichtlich seiner Geometrie zu beeinflussen, insbesondere zu fokussieren, um damit den Auftreffbereich des Plasmajets mit den Partikel auf dem Substrat zu begrenzen, was zur Ausbildung relativ schmaler Strukturen ermöglicht, die darüber hinaus auch relativ scharfkantig sind. Dies führt u.a. auch dazu, dass die Partikelkonzentration innerhalb der Struktur relativ homogen bzw. gleichmäßig ist.The invention is based on the idea of influencing the geometry of the plasma jet flowing in the direction of the substrate, in particular of focusing it in order to limit the area of impact of the plasma jet with the particles on the substrate, which enables relatively narrow structures to be formed are also relatively sharp-edged. Among other things, this also means that the particle concentration within the structure is relatively homogeneous or uniform.
Hierzu schlägt es die Lehre des Verfahrensanspruchs vor, dass zur Beeinflussung der Geometrie der Strukturen auf dem Substrat der mit dem Beschichtungsmaterial angereicherte, potentialbehaftete Plasmajet durch wenigstens eine magnetische Linse geführt wird.For this purpose, the teaching of the method claim suggests that the plasma jet enriched with the coating material and having potential is guided through at least one magnetic lens in order to influence the geometry of the structures on the substrate.
Hinsichtlich der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird vorgeschlagen, dass wenigstens eine im Strömungsweg des potentialbehafteten Plasmajets angeordnete magnetische Linse mit einer Durchgangsöffnung vorhanden ist, durch die der Plasmajet hindurchführbar ist, wobei die wenigstens eine magnetische Linse dazu ausgebildet ist, den Querschnitt oder die Strömungsrichtung des Plasmajets zu verändern.With regard to the device according to the invention, it is proposed that there be at least one magnetic lens arranged in the flow path of the non-floating plasma jet with a passage opening through which the plasma jet can be passed, the at least one magnetic lens being designed to change the cross section or the flow direction of the plasma jet .
Gemeinsam ist sowohl dem Verfahren als auch der Vorrichtung somit die Verwendung wenigstens einer magnetischen Linse, die in Wirkverbindung mit dem potentialbehafteten und die Partikel zur Ausbildung der Strukturen aufweisenden Plasmajet steht.Both the method and the device thus have in common the use of at least one magnetic lens which is in operative connection with the plasma jet which has potential and which has the particles for forming the structures.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung von Strukturen auf einem Substrat sind in den jeweiligen Unteransprüchen aufgeführt.Advantageous developments of the method according to the invention and the device according to the invention for producing structures on a Substrate are listed in the respective subclaims.
Zur Erzeugung möglichst schmaler bzw. eng begrenzter Strukturen auf dem Substrat sieht es eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass durch die wenigstens eine magnetische Linse der auf dem Substrat auftreffende Plasmajet fokussiert wird. Unter einer Fokussierung wird dabei verstanden, dass beim Durchführen des Plasmajets durch die wenigstens eine magnetische Linse der Querschnitt des Plasmajets eingeengt bzw. verringert wird. Dies hat gleichzeitig zur Folge, dass die Partikelkonzentration pro Flächeneinheit erhöht wird, was die üblicherweise erforderliche bzw. gewünschte elektrische Leitfähigkeit der Struktur begünstigt bzw. zu einem geringeren Materialverbrauch führt.In order to generate structures on the substrate that are as narrow or narrowly defined as possible, a preferred embodiment of the method according to the invention provides that the plasma jet impinging on the substrate is focused by the at least one magnetic lens. Focusing is understood to mean that when the plasma jet is passed through the at least one magnetic lens, the cross section of the plasma jet is narrowed or reduced. At the same time, this has the consequence that the particle concentration per unit area is increased, which promotes the usually required or desired electrical conductivity of the structure or leads to a lower consumption of material.
Alternativ bzw. zusätzlich ist es auch denkbar, das erfindungsgemäße Verfahren dadurch vorteilhaft auszugestalten, dass durch die wenigstens eine magnetische Linse die Richtung des Plasmajets abgelenkt wird. Eine derartige Ablenkung ist immer dann von Vorteil, wenn unabhängig von der Relativbewegung zwischen der Plasmadüse und dem Substrat eine zusätzliche Beeinflussung des Auftrefforts des Plasmajets auf dem Substrat erwünscht ist.Alternatively or in addition, it is also conceivable to advantageously design the method according to the invention in that the direction of the plasma jet is deflected by the at least one magnetic lens. Such a deflection is always advantageous when, independently of the relative movement between the plasma nozzle and the substrate, an additional influencing of the point of impact of the plasma jet on the substrate is desired.
Besonders vorteilhaft lassen sich die gewünschten Strukturen darüber hinaus erzeugen, wenn die wenigstens eine magnetische Linse zumindest zeitweise unabhängig von einer ggf. stattfindenden Bewegung einer den Plasmajet erzeugenden Plasmadüse oder dem Substrat bewegt wird.In addition, the desired structures can particularly advantageously be produced if the at least one magnetic lens is moved at least temporarily independently of any movement of a plasma nozzle generating the plasma jet or of the substrate.
In Weiterbildung des zuletzt gemachten Vorschlags ist es vorgesehen, dass die Relativbewegung der wenigstens einen magnetischen Linse zur Plasmadüse oder dem Substrat während der Erzeugung von Richtungsänderungen der Strukturen, insbesondere im Bereich enger Radien oder Ecken der Strukturen, erfolgt.In a further development of the proposal made last, it is provided that the relative movement of the at least one magnetic lens to the plasma nozzle or the substrate occurs during the generation of changes in direction of the structures, in particular in the area of narrow radii or corners of the structures.
Eine zusätzlich verbesserte Anhaftung der Partikel auf dem Substrat wird erzielt, wenn das Substrat mit einem gegenüber dem Potential des Plasmajets unterschiedlichem elektrischen Potential verbunden wird, derart, dass sich ein erhöhter Potentialunterschied zwischen dem Plasmajet und dem Substrat ergibt.An additionally improved adhesion of the particles to the substrate is achieved if the substrate is connected to an electrical potential which differs from the potential of the plasma jet, in such a way that there is an increased potential difference between the plasma jet and the substrate.
Ganz besonders bevorzugt ist es bei dem letztgenannten Verfahren, wenn der Potentialunterschied geregelt wird, insbesondere durch eine Regelung des elektrischen Potentials an dem Substrat.In the case of the last-mentioned method, it is very particularly preferred if the potential difference is regulated, in particular by regulating the electrical potential on the substrate.
Wie bereits eingangs erläutert, eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere zur Erzeugung relativ schmaler bzw. eng nebeneinander angeordneter Leiterbahnstrukturen auf einem Substrat. Deshalb schlägt es ein besonders bevorzugtes Verfahren vor, dass als Beschichtungsmaterial metallische Partikel verwendet werden, und dass die Strukturen als Leiterbahnstrukturen ausgebildet werden.As already explained at the outset, the method according to the invention is particularly suitable for producing relatively narrow or closely juxtaposed conductor track structures on a substrate. It is therefore a particularly preferred method that metallic particles are used as the coating material and that the structures are designed as conductor track structures.
Eine bevorzugte konstruktive Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die wenigstens eine magnetische Linse mittels erster Verstellmittel in einer senkrecht zur Strömungsrichtung des Plasmajets verlaufenden Ebene unabhängig von ggf. vorhandenen zweiten Verstellmittel für die Plasmadüse und/oder das Substrat beweglich ist. Darüber hinaus ist es von besonderem Vorteil, wenn zur Ablenkung des Plasmajets die magnetische Linse in zwei, senkrecht zueinander angeordneten und senkrecht zur Richtung des Plasmajets verlaufenden Schwenkachsen schwenkbar ist, um damit zusätzliche Ablenkmöglichkeiten für den Plasmajet zu schaffen.A preferred structural embodiment of the device according to the invention provides that the at least one magnetic lens can be moved by means of first adjustment means in a plane running perpendicular to the flow direction of the plasma jet, independently of any second adjustment means for the plasma nozzle and / or the substrate. In addition, it is particularly advantageous if, in order to deflect the plasma jet, the magnetic lens can be pivoted in two pivot axes arranged perpendicular to one another and running perpendicular to the direction of the plasma jet, in order to create additional deflection options for the plasma jet.
Zuletzt sieht es eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor, dass zusätzlich eine Einrichtung zum Anlegen eines elektrischen Potentials eines in Wirkverbindung mit dem Plasmajet angeordneten Substrats vorgesehen ist, und dass die Einrichtung weiterhin dazu ausgebildet ist, den Potentialunterschied zwischen dem Substrat und dem Plasmajet zu regeln.Finally, a further advantageous embodiment of the device according to the invention provides that a device for applying an electrical potential to a substrate arranged in operative connection with the plasma jet is also provided, and that the device is also designed to measure the potential difference between the substrate and the plasma jet rules.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnungen.Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description of preferred embodiments of the invention and with reference to the drawings.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Die einzige Figur zeigt einen schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Erzeugung von Strukturen auf einem Substrat.The single FIGURE shows a schematic structure of a device for producing structures on a substrate.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Die in der Figur dargestellte Vorrichtung
Die Vorrichtung
Beispielhaft außerhalb der Plasmadüse
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass im Strömungsweg des mit den Partikeln
Zusätzlich ist es vorgesehen, dass neben einer Relativbewegung zwischen der Plasmadüse
Weiterhin ist es vorgesehen, dass mittels einer zusätzlichen Einrichtung
Das soweit beschriebene Verfahren bzw. die soweit beschriebene Vorrichtung
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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