DE10346362B4

DE10346362B4 - Verfahren zum Herstellen eines Bauteils unter Trennung vom Herstellungssubstrat

Info

Publication number: DE10346362B4
Application number: DE10346362A
Authority: DE
Inventors: Christian Hansen; Ursus Dr. Krüger; Uwe Pyritz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-09-30
Filing date: 2003-09-30
Publication date: 2007-11-29
Anticipated expiration: 2023-10-01
Also published as: DE10346362A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines schichtartigen Bauteils (16), bei dem
– vor der Erzeugung des Bauteils (16) das Substrat (12) mit einer Opferschicht (12a) versehen wird,
– das Bauteil (16) auf einem Substrat (12) durch Beschichten erzeugt wird und
– das Bauteil (16) von dem Substrat (12) durch selektive Auflösung der Opferschicht (12a) getrennt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Opferschicht aus Kupfer, Nickel oder Zinn besteht und mittels Methylsulfonsäure oder einem Gemisch aus Phosphorsäure und Propanol aufgelöst wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines schichtartigen Bauteils, bei dem das Bauteil auf einem Substrat durch Beschichten erzeugt wird und das Bauteil von dem Substrat getrennt wird, wobei vor der Erzeugung des Bauteils das Substrat mit einer Opferschicht versehen wird und die Trennung des Bauteils von dem Substrat durch selektive Auflösung der Opferschicht erfolgt.
Gemäß der WO 99/54942 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein Hochtemperatursupraleiter als schichtartiges Bauteil auf einem geeigneten Substratbauteil durch Beschichten erzeugt wird. Das Substratbauteil besitzt als Oberfläche für die Beschichtung eine Opferschicht, die aus Strontiumoxid besteht. Nach der Herstellung des schichtartigen Bauteils aus dem Hochtemperatursupraleiter wird die Opferschicht in Wasser oder Alkohol aufgelöst, so dass das schichtartige Bauteil vom Substrat getrennt wird.
Ein ähnliches Verfahren ist auch aus der US 4,530,739 A bekannt. Bei dem Verfahren gemäß diesem Dokument wird ein schichtartiges Bauteil in Form eines endlosen Bandes auf einer als Substrat dienenden, sich drehenden Walze hergestellt. Zu diesem Zweck taucht die sich drehende Walze in ein galvanisches Bad ein, aus dem das herzustellende Bauteil auf der Walze abgeschieden wird. Sobald das schichtartige Bauteil die gewünschte Dicke erreicht hat, wird dieses von der Walze abgezogen und beispielsweise auf einer Vorratsrolle aufgewickelt.
Der Ablöseprozess des schichtartigen Bauteils von der Substratwalze wird hier durch eine Beheizung bzw. Kühlung des schichtartigen Bauteils und der Substratwalze unterstützt. Aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Substratwalze und des erzeugten schichtartigen Bauteils entsteht nämlich aufgrund verzerrungsbedingter Gitterspannungen in dem Gefüge der Substartwalze und des schichtartigen Bauteils entlang ihrer gemeinsamen Grenzfläche ein Stress, der die Bindungen der Atome in der Grenzfläche schwächt und so eine Trennung des schichtartigen Bauteils von der Substratwalze durch Abziehen erleichtert oder sogar bewirkt. Die Wirksamkeit der unterstützenden Wirkung einer Erwärmung oder Kühlung auf den Trennvorgang hängt vorrangig von dem Unterschied der Wärmeausdehnungskoeffizienten der Substratwalze und des schichtartigen Bauteils ab.
Ein anderes Verfahren zur Herstellung eines schichtartigen Bauteils ist aus der DE 199 36 941 A1 bekannt. Bei diesem Verfahren wird eine so genannte vergrabene Opferschicht durch Implantation von Wasserstoff mit einer bestimmten Eindringtiefe erzeugt. Die Schicht, bestehend aus dem Bereich des Ausgangskörpers mit dem implantierten Wasserstoff, kann selektiv aufgelöst werden, so dass einerseits der abgetragene Ausgangskörper zurückbleibt und andererseits ein schichtartiges Bauteil gewonnen wird.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen eines schichtartigen Bauteils auf einem Substrat anzugeben, bei dem eine Trennung des schichtartigen Bauteils von dem Substrat durch Auflösung einer Opferschicht vergleichsweise gut unterstützt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Opferschicht aus Kupfer, Nickel oder Zinn besteht und mittels Methylsulfonsäure oder einem Gemisch aus Phosphorsäure und Propanol aufgelöst wird. Voraussetzung für das Gelingen des erfindungsgemäßen Trennvorganges war das Auffinden eines Ätzmittels, welches die Opferschicht stark angreift während das schichtartige Bauteil gar nicht oder zumindest in so geringer Weise angegriffen wird, dass die Funktion des Bauteils nicht darunter leidet, so dass dieses nach der Trennung des schichtartigen Bauteils erneut mit der Opferschicht und mit einem weiteren schichtartigen Bauteil beschichtet werden kann.
Die genannten Opferschichtmetalle haben in der Spannungsreihe der Elemente ihren Platz bei den vergleichsweise unedlen Metallen, so dass sie elektrochemisch vergleichsweise leicht aufgelöst werden können. Hierdurch gelingt die Trennung von Substrat und Bauteil, wenn letztere aus sehr viel edleren Materialien gebildet sind (beispielsweise YBCO oder Silber als zur Herstellung von YBCO geeignetes Substratmaterial). Die Ätzmittel eignen sich insbesondere gut für Kupfer, Nickel oder Zinn.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass Substrat und Bauteil schonend voneinander getrennt werden können, indem die Opferschicht aufgelöst wird. Hierdurch ist nach Auflösung oder zumindest Anlösung der Opferschicht ein besonders schonendes Abziehen des erzeugten schichtartigen Bauteils von dem Sub strat und dem schichtartigen Bauteil durch Auflösen der Opferschicht verringert bzw. vollständig aufgehoben werden.
Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens wird die Opferschicht elektrochemisch erzeugt. Dabei wird das Substrat in ein geeignetes galvanisches Bad getaucht, was insbesondere bei einem bandförmigen Substrat besonders einfach möglich ist. Im letzteren Falle kann das Band nach Erzeugen der Opferschicht in weitere elektrochemische Bäder zur Erzeugung bzw. Ablösung des schichtartigen Bauteils geführt werden. Selbstverständlich kann die Opferschicht auch auf andere Weise hergestellt werden. So ist z. B. eine Beschichtung mittels PVD-Verfahren oder chemischer Verfahren denkbar.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Substratband ein texturiertes Gefüge aufweist und die Opferschicht und das Bauteil durch quasiepitaktisches Aufwachsen erzeugt werden. Hierdurch lässt sich vorteilhaft die Gefügetextur des Substrates auf das schichtartige Bauteil übertragen, wobei dieses Übertragen indirekt über die Opferschicht erfolgt.
Das quasiepiktaktische Aufwachsen kann beispielsweise mittels PVD-Verfahren oder auch durch galvanische Abscheidung erfolgen. Vorteilhaft lassen sich auf diese Weise beispielsweise Hochtemperatursupraleiter (HTSL) wie YBa₂Cu₃O₇ (YBCO) oder auch zur Abscheidung solcher HTSL geeignete Substrate mit texturierter Gefügestruktur kostengünstig herstellen. Ein Verfahren zum quasiepiktaktischen Aufwachsen von HTSL-Schichten ist beispielsweise in der DE 101 36 890 A1 beschrieben.
Für die Trennung von quasiepiktaktisch aufgewachsenen, schichtförmigen Bauteilen vom Substrat lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem die Trennung durch den erzeugten Stress an der Grenzfläche zwischen Substrat und Bauteil erleichtert wird, besonders vorteilbringend anwenden. Aufgrund des Herstellungsprozesses, bei dem die Gefügetextur vom Substrat auf das schichtartige Bauteil übertragen werden soll, ist nämlich auch die Haftung zwischen dem Substrat und dem erzeugten Bauteil bei direkter Herstellung des Bauteils auf dem Substrat besonders groß, da die Gefüge von Bauteil und Substrat sozusagen wie der Schlüssel zum Schloss passen. Daher wird erfindungsgemäß in einem Zwischenschritt die Opferschicht hergestellt, wobei eine Verringerung der Haftung zwischen den beiden zu trennenden Partnern durch Anlösen oder Auflösen der Opferschicht notwendige Voraussetzung dafür ist, dass insbesonders dünne schichtartige Bauteile überhaupt vom Substrat abgezogen werden können. Weiterhin soll die zum Substrat gewandte Grenzfläche des schichtartigen Bauteils einerseits wie auch die Substratoberfläche andererseits nach dem Trennungsprozess möglichst defektfrei die Gefügetextur abbilden, damit zum Beispiel das Substrat mehrfach zum quasiepiktaktischen Aufwachsen verwendet werden kann bzw. das schichtartige Bauteil selbst ebenfalls als Substrat für einen weiteren Produktionsschritt des quasiepiktaktischen Aufwachsens Verwendung finden kann. Diese zumindest weitgehende Defektfreiheit der Oberfläche lässt sich vorteilhaft erreichen, wenn die Trennung durch Auflösen der Opferschicht nach dem erfindungsgemäßen Verfahren unterstützt wird.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. Hierbei zeigt die einzige Figur schematisch eine Herstellungsanlage zur Herstellung eines schichtartigen Bauteils und dessen anschließende Ablösung von einem umlaufenden Substratband.
In der Figur ist eine Herstellungsanlage 11 dargestellt, in der ein Substratband 12 von Transportwalzen 13 geführt und angetrieben wird. Dieses Substratband 12 ist als Endlosband ausgeführt und läuft in der Herstellungsanlage entsprechend der angedeuteten Pfeile um. Die Herstellungsanlage weist eine Herstellungseinrichtung 14 und eine Trenneinrichtung 15 für ein schichtartiges Bauteil in Form eines Bandes 16 auf. Weiterhin ist auf dem Weg des endlosen Substratbandes 12 von der Trenneinrichtung 15 zur Herstellungseinrichtung 14 eine Konditioniereinrichtung 17 vorgesehen, in der eine Opferschicht 12a auf das Substratband aufgebracht wird.
Das Substratband 12 definiert einen Transportweg durch die Herstellungsanlage 11, welcher durch die Konditioniereinrichtung 17, die Herstellungseinrichtung 14 und die Trenneinrichtung 15 läuft. In der Konditioniereinrichtung 17 wird eine Kupferschicht als Opferschicht 12a in einem galvanischen Bad 18a erzeugt, wobei auf diese Opferschicht eine Textur des Gefüges des Substratbandes 12 übertragen wird. Die Herstellungseinrichtung 14 weist ein weiteres galvanisches Bad 18b auf, in dem auf dem mit der Opferschicht 12a versehenen Substratband 12 das Band 16 als texturierte Silberschicht quasiepitaktisch aufwächst. Anschließend wird das Substratband 12 mit der Opferschicht und dem Band 16 in ein Elektrolysebad 18c der Trenneichrichtung 15 geführt, in dem mittels Methylsoulfonsäure (0,5–20%ig) oder mittels eines Gemisches aus Phosphorsäure und Propanol im Verhältnis 3:1 die Opferschicht zwischen dem Substratband 12 und dem Band 16 aufgelöst wird. Nach Durchlaufen des galvanischen Bades 18c kann das Band 16 daher an einer der Führungsrollen 13 abgezogen und auf einer Vorratsrolle 19 aufgerollt werden.
In den Kreisen 20, 21, 22 ist jeweils ein Ausschnitt des erzeugten Bandverbundes als Schnitt vergrößert dargestellt. Im Kreis 20 lässt sich das Substratband 12 mit der aufgebrachten Opferschicht 12a erkennen. Der Kreis 21 zeigt das Substratband 12 mit dem hergestellten Band 16 als Schicht auf der Opferschicht 12a. Im Kreis 22 ist zu erkennen, dass die Opferschicht 12a zwischen dem Substratband 12 und dem Band 16 in dem Elektrolysebad 18c fast vollständig aufgelöst wurde. Die brückenartigen Reste der Opferschicht 12a sind schematisch dargestellt.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines schichtartigen Bauteils (16), bei dem – vor der Erzeugung des Bauteils (16) das Substrat (12) mit einer Opferschicht (12a) versehen wird, – das Bauteil (16) auf einem Substrat (12) durch Beschichten erzeugt wird und – das Bauteil (16) von dem Substrat (12) durch selektive Auflösung der Opferschicht (12a) getrennt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Opferschicht aus Kupfer, Nickel oder Zinn besteht und mittels Methylsulfonsäure oder einem Gemisch aus Phosphorsäure und Propanol aufgelöst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Opferschicht (12a) elektrochemisch erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (12) ein texturiertes Gefüge aufweist und die Opferschicht (12a) und das Bauteil (16) durch quasiepitaktisches Aufwachsen erzeugt werden.