DE19701966C1 - Maske für Laserstrahlung und Verfahren zur Herstellung der Maske - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Maske für La­ serstrahlung, insbesondere für Excimerlaserstrahlung, sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Maske.

Es ist bekannt beim Einsatz von Laserstrahlung zur Bestrah­ lung von Substraten Masken zu verwenden, durch die der Laser­ strahl geführt wird. Dabei wird über die Maske die Bestrah­ lung bestimmter Bereiche des Substrates geregelt.

JP 07227687 A beschreibt eine dielektrische Maske für Laser­ bestrahlungsvorrichtungen und ihre Herstellung. Diese Maske besteht aus Quarzglas, sowie einer Polyimidschicht.

DE 34 35 177 C2 beschreibt eine Maske für lithographische Zwecke, die aus Glas oder Quarz besteht und mit einem Muster aus einer schwarzen Farbe oder einer Metallfolie beschichtet ist.

DE 43 25 883 A1 beschreibt eine Maske für das Entfernen von Material von einem Werkstück mit einem Laserstrahl, wobei die Maske aus einer Quarzplatte besteht, bei der ein Abschat­ tungsbereich aufgeklebt wird. Als geeignete Materialien hier­ für werden Blech oder Keramik angegeben.

Gängige bekannte Lasertypen sind der Excimerlaser, der im UV-Bereich bei Wellenlängen von 196, 248, 308 und 351 nm emit­ tiert. Weiterhin bekannt ist der Neodym-YAG-Laser, der im sichtbaren und nahen Infrarot-Bereich emittiert und in neue­ rer Zeit der CO₂-Laser, der ebenfalls im Infrarot-Bereich emittiert.

Insbesondere die Excimer- und Neodym-YAG-Laser werden in in­ dustriellen Verfahren bereits häufig verwendet. Sie werden eingesetzt zur Materialbearbeitung und zum Abtrag von Materi­ alschichten. Dabei wird die Laserstrahlung in bestimmten durch die jeweils eingesetzte Maske begrenzten Feldern auf das zu bearbeitende Substrat geführt. So findet eine Wechsel­ wirkung der Substratoberfläche mit der Laserstrahlung nur an den gewünschten Stellen statt.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, insbesondere beim Einsatz von Excimerlasern Masken zu verwenden, die aus mit Chrom bedampftem Quarzglas bestehen. An den mit Chrom be­ dampften Stellen des Quarzglases wird die Laserstrahlung re­ flektiert. Die nicht mit Chrom bedampften Stellen lassen die Laserstrahlung durch, so daß hier eine Wechselwirkung mit dem bestrahltem Substrat eintreten kann.

Die auf dem Quarzglas aufgebrachte Chromschicht ist im allge­ meinen nur wenige um dick und nicht sehr haftfest. Derartige Masken besitzen daher den Nachteil, daß es beim Auftreffen von Strahlung hoher Energie zum teilweisen Verdampfen der Chromschicht kommt, wodurch die Maske unbrauchbar wird. Diese Masken sind daher für Laserstrahlung hoher Energie (< 50 mJ/cm²) nicht geeignet. Die Herstellung derartiger mit Chrom beschichteter Glasmasken ist aufwendig und teuer. Sie besitzen nur relativ kurze Standzeiten.

Es wird im Stand der Technik der DE 196 30 739 C1 vorgeschla­ gen, eine Maske zur Verfügung zu stellen, bei der auf ein Glassubstrat zunächst eine Kleberschicht aufgebracht wird und danach eine Metallschicht, die vorzugsweise aus Kupfer be­ steht. Mittels Fotolithografieverfahren werden dann die Mas­ kenöffnungen aus der Metallschicht herausgelöst. Alternativ kann auch direkt eine mit Maskenöffnungen versehene Metall­ schicht aufgebracht werden. Im Bereich der Maskenöffnung wird die Kleberschicht durch Bestrahlung des Klebers mit Laser­ licht entfernt. Dabei wird das Laserlicht direkt auf den Kle­ ber gestrahlt und dieser durch Ablation abgelöst.

Mit diesem Verfahren können Metallfolienstärken von 10 µm bis hin zu einigen 100 µm beispielsweise auch aus Kupfer aufge­ bracht werden. Hierdurch entstehen Masken, die erheblich dic­ kere Metallschichten besitzen, als die mit Chrom bedampften bekannten Quarzglasmasken. Derartige Masken besitzen den Vor­ teil, daß sie auch bei hohen Energiedichten eingesetzt werden können.

Ein Nachteil dieser Masken ist es jedoch, daß das Herstel­ lungsverfahren relativ aufwendig ist. Es umfaßt mehrere Ver­ fahrensschritte. So muß zunächst eine Kleberschicht aufge­ bracht werden, die die Haftung der Metallfolie auf dem Glas­ substrat gewährleistet. Diese Kleberschicht muß an den Mas­ kenöffnungen wiederum durch Laserstrahlung entfernt werden, bevor diese Masken eingesetzt werden können. Dabei tritt das Problem auf, daß sich das verwendete Glassubstrat beim Abtra­ gen des Klebers mit Laserstrahlung an diesen Stellen verfärbt und so die Transmission der Laserstrahlung in diesen Berei­ chen verschlechtert wird. Die Abtragung des verwendeten Kle­ bers mittels Laserstrahlung ist aufwendig. So muß in einem separaten Verfahrens schritt bei einer anderen Wellenlänge mit einem anderen Prozeßgas und einer anderen Optik gearbeitet werden. Dies ist bei einem automatischen industriellen Ver­ fahren unerwünscht.

Die Herstellung der Maskenöffnungen ist nur durch Einsatz entsprechender chemischer Ätzprozesse möglich. Auch dies ist ein zusätzlicher kostenintensiver Verfahrensschritt.

Die technische Aufgabe der Erfindung ist es, eine neuartige Maske für energiereiche Laserstrahlung zur Verfügung zu stel­ len, die bei hohen Energiedichten mit langer Lebensdauer ein­ gesetzt werden kann und auf einfache Art und Weise in mög­ lichst wenigen Verfahrensschritten herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Maske für Laserstrah­ lung, insbesondere Excimerlaserstrahlung hoher Energie, mit einem Glassubstrat und einer Farbschicht auf dem Substrat wobei die Farbschicht aus eingebrannter keramischer Far­ be oder aus durch Wärme erhärteten Zweikomponentenfarben oder aus UV-härtbarer Farbe besteht. Die Farbschicht besteht in besonders bevorzugter Weise aus einem Lack oder einer Sieb­ druckfarbe und kann bevorzugt mindestens eine Maskenöffnung aufweisen. Die Farbschicht, die auf dem Glassubstrat aufge­ bracht ist, besitzt eine Dicke von 1-150 µm, bevorzugt 5-30 µm. Als Glassubstrat wird in bevorzugter Weise ein hoch­ transparentes Glas oder Quarzglas verwendet. Die Transmission der verwendeten Gläser liegt zwischen 70 und 100%. Die Mas­ ken können eine stegfreie offene Struktur aufweisen.

Die erfindungsgemäßen Masken werden hergestellt, indem eine Farbschicht mittels eines Druckverfahrens auf das Substrat aufgebracht wird. Hierbei wird besonders bevorzugt ein Siebdruckverfahren angewandt. Die verwendete Druckform ist ein feinmaschiges Sieb, das an den bildfreien Stellen farbun­ durchlässig abgedeckt ist. Die Druckfarbe wird dann mittels Walze oder Rakel durch das Sieb auf das Glassubstrat aufge­ tragen und weist dann bereits die notwendigen Maskenöffnungen auf.

Es können lösungsmittelhaltige, UV-härtbare oder keramische Siebdruckfarben eingesetzt werden. Besonders bevorzugt sind keramische Farben in flüssiger Form, die nach dem Aufbringen auf das Glassubstrat 1 durch kurzes Erhitzen von 1-10 min bei 500-800°C eingebrannt werden. Beim Einbrennprozeß erfolgt das Aushärten der keramischen Farbe und die Verankerung der Farbe an der Glasoberfläche. Die Temperatur und die Einbrenn­ zeit sind der Dicke des verwendeten Glassubstrates anzupas­ sen. Alternativ können auch Zweikomponentenfarben eingesetzt werden, die durch Wärme erhärtbar sind.

Zur Herstellung dickerer Farbschichten ist es insbesondere bevorzugt, die Farbschicht mehrfach aufzutragen, um so eine dickere Farbschicht zu erhalten, die auf besserer Art und Weise Lichtbrechung oder Strahlungsaufweitung vermeidet.

Die erfindungsgemäße Maske für Laserstrahlung besitzt den Vorteil, daß sie auf einfache Art und Weise herstellbar ist und beliebige Maskenöffnungen eingestellt werden können. So sind auch offene Strukturen herstellbar, wie sie beispiels­ weise bei bestimmten Buchstaben notwendig sind. Fig. 2 zeigt derartige offene Strukturen. Die von der Siebdruckfarbe nicht bedeckten Stellen sind transparent, so daß hier das Laser­ licht durchdringen kann. Die erfindungsgemäßen Masken besit­ zen weiterhin den Vorteil, daß gegenüber den herkömmlich ver­ wendeten Energiedichten von 50-100 mJ/cm² auch Energiedich­ ten von über 100 mJ/cm² bei langer Lebensdauer verwendet wer­ den können.

Weiterhin ist es nicht notwendig eine Kleberschicht zu ent­ fernen, wie dies bei den aus dem Stand der Technik bekannten Masken notwendig ist.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher beschrieben:

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch die Maske

Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf ein erstes Ausführungsbei­ spiel einer Maske mit Maskenöffnungen.

Fig. 3 zeigt eine Aufsicht auf ein weiteres Ausführungsbei­ spiel einer Maske mit einer offenen Struktur.

Gemäß Fig. 1 ist auf ein Glassubstrat 1 eine Farbschicht 2 aufgetragen, wobei die Farbschicht gemäß Fig. 1 eine Dicke von 10 µm besitzt.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Maske mit Masken­ öffnungen 4 in unterschiedlicher Gestalt. So werden drei li­ nienförmige Maskenöffnungen gezeigt, eine rechteckige und zwei Maskenöffnungen mit Ringstruktur. Bei den letztgenannten Maskenöffnungen bleibt die Farbschicht im Zentrum der Öffnung stehen, ohne daß Stege notwendig sind.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Maske, bei der nur ein sehr geringer Teil der Oberfläche mit einer Farbschicht 2 versehen ist, so daß nur dieser Teil für Laser­ strahlung nicht durchlässig ist.

Die Ausführungsbeispiele der Fig. 1-3 zeigen nur einige der möglichen denkbaren Formen und Strukturen der Maskenöff­ nungen. Prinzipiell lassen sich die erfindungsgemäßen Masken mit jeder beliebigen Maskenöffnung herstellen. Das zur Her­ stellung bevorzugt eingesetzte Siebdruckverfahren ist weiter­ hin kostengünstig und leicht handhabbar.

Die erfindungsgemäßen Masken können besonders bevorzugt mit dem bekannten Siebdruckverfahren hergestellt werden und sind damit erheblich kostengünstiger und weisen eine längere Le­ bensdauer auf, als chrombedampfte Masken, die aus dem bishe­ rigen Stand der Technik für Laseranwendungen bekannt sind. Neben dem Siebdruckverfahren sind zur Beschichtung des Glas­ substrates auch andere Beschichtungstechniken einsetzbar, insbesondere Spritzlackierverfahren, Tampondruckverfahren, Sandstrahlverfahren zur Erzeugung einer opaken Oberfläche und Glasätzverfahren.

Bezugszeichenliste

1 Glassubstrat
2 Farbschicht
4 Maskenöffnungen

Claims (7)

1. Maske für Laserstrahlung, insbesondere Excimerlaser­ strahlung, mit einem Glassubstrat (1) und einer Farbschicht (2) auf dem Substrat (1), wobei die Farbschicht (2) aus eingebrannter keramischer Farbe oder aus durch Wärme erhärteten Zweikomponentenfarben oder aus UV-härtbaren Farben besteht.

2. Maske nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbschicht (2) mindestens eine Maskenöffnung (4) auf­ weist.

3. Maske nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Farbschicht (2) eine Dicke von 1-150 µm besitzt.

4. Maske nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß das Glassubstrat (1) ein hoch-transparentes Glas oder Quarzglas ist.

5. Maske nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Maske eine stegfreie offene Struktur auf­ weist.

6. Verfahren zum Herstellen einer Maske für Laserstrahlung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Farbschicht (2) im Druckverfahren auf das Substrat (1) aufgebracht wird, und die Farbschicht (2) durch Er­ hitzen von 1 bis 10 min auf 500 bis 800°C eingebrannt wird.

7. Verfahren zum Herstellen einer Maske für Laserstrahlung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbschicht (2) im Siebdruckverfahren aufgebracht wird.