DE19518185C2

DE19518185C2 - Verfahren zur Agglomeratstrahl-Mikrostrukturierung

Info

Publication number: DE19518185C2
Application number: DE19518185A
Authority: DE
Inventors: Juergen Gspann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-05-21
Filing date: 1995-05-21
Publication date: 2000-02-17
Anticipated expiration: 2015-05-22
Also published as: DE19518185A1

Abstract

Zur Mikrostrukturierung einer Werkstoffoberfläche in allen drei Raumrichtungen wird ein Clusterstrahl eingesetzt, der eine perforierte Maske durchsetzt und die Werkstoffoberfläche an den nicht maskierten Bereichen modifiziert, wobei die Maske und das Werkstück gegenüber dem Clusterstrahl in kontrollierter Weise bewegt werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Strukturierung, insbesondere zur Mikrostrukturierung, eines Werkstückes in den drei Raumrichtungen mit Hilfe eines Strahls beschleunigter Agglomerate von Atomen oder Molekülen (Cluster).

Es ist bekannt, daß sich mit Agglomeratstrahlen die Ober fläche eines Werkstückes lithographisch strukturieren läßt (DE 42 27 237 C2). Dabei wird eine durch geeignete Perforation strukturierte Maske auf die Werkstoffoberfläche aufgelegt, oder in einem bestimmten Abstand von ihr gehalten, und das Perforationsmuster mittels des Strahls beschleunigter Agglomerate (Cluster) auf die Werkstückoberfläche proji ziert. Der Durchmesser des Strahls ist dabei wesentlich größer als die Abmessungen der Perforationsmuster, sodaß diese überall gleichartig übertragen werden. Die Wechsel wirkung der beschleunigten Cluster mit der Oberfläche führt zu einem Ab- oder Aufbau von Material und damit zu einer Strukturierung der Oberfläche.

Die Intensität des Agglomeratstrahls kann jedoch sowohl räumlich als auch zeitlich variieren. Die zeitliche Ände rung der Intensität eines Zink-Agglomeratstrahls wurde zum Beispiel dadurch bestimmt, daß ein Werkstück hinter einer gegenüber dem Strahl fixierten Blende gleichförmig vorbei gezogen wurde, woraus sich eine konstante lokale Beschich tungsdauer ergab. Die während dieser Beschichtungsdauer jeweils aufgebrachte Schichtdicke spiegelte dann die zeit liche Änderung der Intensität des Zink-Agglomeratstrahls als Funktion des Ortes auf dem Werkstück wieder. (KfK- Nachrichten 3/1993, S. 145 bis 150).

Im allgemeinen ist es erforderlich, solche zeitlichen oder auch örtliche Schwankungen der Agglomeratstrahlintensität im Hinblick auf eine gleichmäßige Bearbeitung des Werk stückes auszugleichen. Das kann dadurch geschehen, daß das Werkstück gegenüber dem Strahl so hin- und herbewegt wird, daß sich die Intensitätsschwankungen auf alle zu struktu rierenden Bereiche in gleicher Weise auswirken. Die Maske muß dabei mit dem Werkstück mitbewegt werden, um eine strukturgetreue Projektion der Muster der Maske auf das Werkstück zu gewährleisten. Die Höhe bzw. Tiefe der erzeugten Strukturen kann als Funktion des Ortes variiert werden, indem bei gleichbleibenden Strahleigenschaften die Geschwindigkeit der gemeinsamen Bewegung von Maske und Werkstück gezielt verändert wird.

Die gemeinsame Bewegung von Maske und Werkstück gegenüber dem Strahl kann auch deswegen erforderlich sein, weil sich die Maske im Bereich des Strahlaufpralls erwärmt und daher am jeweiligen Ort nur zeitweise dem Agglomeratbeschuß aus gesetzt werden darf.

Es besteht nun aber auch der Wunsch, die Oberfläche in lokal unterschiedlichem Maße auf- oder abzutragen, um gezielt eine 3-dimensional variierende Oberflächenstruktur zu erzeugen. Die Variation in der Strukturhöhe soll dabei in lateralen Schritten möglich sein, die wesentlich klei ner sind als der Durchmesser des Clusterstrahls. Zum Bei spiel können Wellenstrukturen, Prismen oder halbkugelige Linsen erforderlich sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die geeignet perforierte Maske während der Bestrahlung in genau angepaßter Geschwindigkeit gegenüber der Werkstoff oberfläche bewegt wird. Zur gemeinsamen Bewegung von Werk stück und Maske gegenüber dem Strahl kommt dann die Bewe gung der Maske gegenüber dem Werkstück hinzu, sodaß sich in Bezug auf den Agglomeratstrahl die Maske und das Werk stück in unterschiedlicher Weise bewegen.

Zusätzlich kann der Strahl während der Bewegung in seiner Energie, Stromstärke oder auch Zusammensetzung, z. B. hin sichtlich der Clustergrößenverteilung oder des Ionisie rungsgrades, verändert werden, um eine unterschiedliche Werkstückbearbeitung zu erreichen.

Schließlich können Werkstück und Maske gegenüber dem Strahl gemeinsam oder getrennt verkippt werden, um auch gegenüber der Werkstückoberfläche geneigte Strukturen zu erzeugen.

Die Perforierung der Maske kann dabei aus feinen Löchern bestehen, so daß viele Strahlen feinen Durchmessers das Werkstück strukturieren und dazu in den beiden Raumrich tungen parallel zur Oberfläche bewegt werden.

Es kann jedoch auch mit Vorteil so verfahren werden, daß das Perforationsmuster geeignet so gestaltet wird, daß bereits die Bewegung in einer Richtung eine 3-dimensionale Höhenstruktur auf dem Werkstück erzeugt. Dadurch wird der auf die Maske auffallende Strahl wesentlich besser ausge nutzt und der Strukturierungsvorgang erheblich beschleu nigt.

Die beigefügte Skizze Fig. 1 verdeutlicht, wie durch Ver schiebung in einer Richtung eine Mikrolinsenstruktur erzeugt werden kann. Die Variation in der Höhe z wird dabei in y-Richtung durch die Änderung der Schlitzweite, in x-Richtung durch eine geeignete Variation der Geschwin digkeit der Maskenverschiebung in x-Richtung erzielt.

Mit dem vorgestellten Verfahren und der zugehörigen Vor richtung lassen sich beispielsweise Mikrolinsen aus Dia mant erzeugen, wozu bislang keine Möglichkeit bestand. In ähnlicher Weise können natürlich auch beliebige andere Materialien wie z. B. Glas, Silizium, Quarz, Metalle oder Hartstoffe mit weitgehend frei wählbaren Strukturen verse hen werden.

Claims

1. Verfahren zur Mikrostrukturierung einer Werkstoffober fläche mittels eines Strahls von Atomagglomeraten, der eine perforierte Maske durchsetzt und die Werkstoffober fläche an den nicht maskierten Bereichen modifiziert, dadurch gekennzeichnet, daß eine sich in allen drei Raum richtungen ändernde Struktur der Oberfläche durch kontrol lierte Bewegung der Maske gegenüber dem Werkstück während der Bestrahlung erzeugt wird, wobei sich die Maske und das Werkstück in unterschiedlicher Weise gegenüber dem Agglo meratstrahl bewegen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Agglomeratstrahl während der Bewegung von Maske und Werkstück in seiner Energie, Stromstärke oder Zusammenset zung verändert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Maske und Werkstück gegenüber dem Strahl gemeinsam oder getrennt verkippt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anordnung von feinen Löchern als Perforation der Mas ke verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gestalt der Öffnungen in der Maske so gewählt wird, daß bereits die Bewegung in einer Raumrichtung ausreicht, um eine in drei Richtungen sich ändernde Struktur auf der Werkstückoberfläche zu erzeugen.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maske und das Werkstück gemeinsam gegenüber dem Strahl bewegt werden.