DE19909187C1

DE19909187C1 - Monograin membrane mask

Info

Publication number: DE19909187C1
Application number: DE19909187A
Authority: DE
Inventors: Dieter Meissner
Original assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1999-03-03
Filing date: 1999-03-03
Publication date: 2000-10-26
Anticipated expiration: 2019-03-04
Also published as: EP1157308A2; WO2000052528A2; WO2000052528A3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Maske, ein Verfahren zur Herstellung einer Maske, eine derartige Maske sowie vorteilhafte Verwendungsweisen. DOLLAR A Das Verfahren zur Herstellung der Maske umfaßt die Schritte: DOLLAR A - eine Monokornmembran wird verwendet, die aus lichtempfindlichen Teilchen aufgebaut ist, DOLLAR A - wobei lichtempfindliche Teilchen solche sind, die sich in einem ersten Zustand gegenüber Licht resistent und in einem zweiten Zustand sich gegenüber Licht nicht resistent verhalten, DOLLAR A - die Monokornmembran wird vom lichtresistenten in den nicht lichtresistenten Zustand gebracht, DOLLAR A - anschließend wird die Membran entsprechend einer vorgegebenen Struktur belichtet, DOLLAR A - entsprechend der Belichtung fallen die Teilchen aus der Monokornmembran heraus oder lösen sich auf, DOLLAR A - die Membran wird anschließend vom lichtempfindlichen Zustand in den lichtunempfindlichen Zustand gebracht. DOLLAR A Die Maske besteht folglich aus einer Monokornmembran mit definierten Strukturen. Sie wird zum Beispiel für ein Siebdruck- oder für ein Lithographieverfahren oder für die Herstellung von Elektroden verwendet. DOLLAR A Bei dem Verfahren muß vorteilhaft kein in jedem Fall lichtempfindlicher Photolack eingesetzt werden.The invention relates to a mask, a method for producing a mask, such a mask and advantageous uses. DOLLAR A The process for making the mask comprises the steps: DOLLAR A - a mono-grain membrane is used, which is composed of photosensitive particles, DOLLAR A - where photosensitive particles are those which are resistant to light in a first state and in a second state are not resistant to light, DOLLAR A - the monograin membrane is brought from the light-resistant to the non-light-resistant state, DOLLAR A - then the membrane is exposed according to a given structure, DOLLAR A - according to the exposure, the particles fall out of the monograin membrane or loosen , DOLLAR A - the membrane is then brought from the light-sensitive state to the light-insensitive state. DOLLAR A The mask therefore consists of a mono-grain membrane with defined structures. It is used for example for a screen printing or for a lithography process or for the production of electrodes. DOLLAR A Advantageously, no light-sensitive photoresist has to be used in the process.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Maske, eine derartige Maske sowie vorteilhafte Verwendungsweisen.The invention relates to a method for manufacturing a mask, such a mask and advantageous Uses.

Masken der eingangs genannten Art werden beispielsweise beim Siebdruck verwendet. Ein Sieb wird einseitig mit einem dickflüssigen Photolack beschichtet. Auf einer Seite des Siebes findet sich dann eine geschlossene (undurchlässige) Lackschicht. Die Lackschicht wird anschließend gemäß einer vorgegebenen Struktur (Muster) belichtet. Die Belichtung erfolgt beispielsweise durch eine Maske hindurch, die bereits Öffnungen gemäß der vorgegebenen Struktur bzw. dem vorgegebenen Muster aufweist. Anschließend werden entweder die belichteten oder die unbelichteten Stellen beim Photolack polymerisiert. Entweder wird der polymerisierte Teil des Photolacks oder der nicht polymerisierte Teil des Photolacks weggeätzt. Es verbleibt ein Sieb, das partiell mit Photolack beschichtet und im übrigen durchlässig ist. Druckerfarbe wird nun durch die durchlässigen Stellen hindurch auf Papier aufgebracht. Auf dem Papier erscheint dann ein Abbild der vorgegebenen Struktur (negative oder positive Abbildung). Das vorgenannte Verfahren zum Bedrucken von Papier wird als Siebdruckverfahren bezeichnet.Masks of the type mentioned at the outset are, for example used in screen printing. A sieve is with one side coated with a viscous photoresist. On a Then there is a closed side of the sieve (impermeable) paint layer. The paint layer will then according to a given structure (pattern) exposed. The exposure takes place, for example, through through a mask that already has openings according to the given structure or pattern having. Then either the exposed or the unexposed areas of the photoresist polymerized. Either the polymerized part of the photoresist or the unpolymerized part of the Etched away photoresists. There remains a sieve that partially coated with photoresist and otherwise is permeable. Printer color is now replaced by the permeable areas applied to paper. An image of the then appears on the paper given structure (negative or positive Illustration). The aforementioned method for printing on Paper is known as the screen printing process.

Ein vergleichbares Verfahren wird bei der Herstellung von Leiterbahnen auf Chips (elektronische Bauteile für Computer etc.) angewendet. Es ist unter der Bezeichnung Lithographie bekannt. Auf ein Substrat wird ein Photolack aufgebracht. Durch Belichten und eine entsprechende chemische Behandlung werden Strukturen aus der Photolackschicht definiert entfernt. Durch die Strukturen des Photolacks hindurch wird das Substrat anschließend einer Ätzbehandlung unterzogen (z. B. Ionen- oder Elektronenstrahl-Ätzen). Auf dem Substrat entstehen ein Abbild der vorgegebenen Struktur und so zum Beispiel Leiterbahnen, wenn die oberste, gemäß der vorgegebenen Struktur stellenweise weggeätzte Schicht auf dem Substrat elektrisch leitfähig war. Anschließend wird die Photomaske beseitigt.A comparable process is used in manufacturing from conductor tracks to chips (electronic components for Computer etc.) applied. It's under the label Lithography known. On a substrate is a Photoresist applied. By exposure and one Appropriate chemical treatment structures removed from the photoresist layer in a defined manner. Through the Structures of the photoresist become the substrate then subjected to an etching treatment (e.g. Ion or electron beam etching). On the substrate create an image of the given structure and so for example conductor tracks, if the top one, according to the given structure in places etched away layer was electrically conductive on the substrate. Subsequently the photomask is removed.

Nachteilhaft verfügt ein Photolack nur über eine be grenzte Lebensdauer und verhält sich empfindlich gegen über Licht. Die Handhabung des Photolacks ist entsprechend aufwendig.Disadvantageously, a photoresist only has one be limited lifespan and is sensitive to about light. The handling of the photoresist is accordingly expensive.

Bekannt sind Monokornmembranen, wie z. B. der Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen 198 28 310.5-43 zu entnehmen ist. Eine Monokornmembran ist eine dünne Schicht, die aus einer Lage eines Pulvers aufgebaut ist. Die Pulverkörner sind miteinander verklebt. Die Pulverkörner können einkristallin sein.Monograin membranes are known, e.g. B. the Patent application with the official file number 198 28 310.5-43 can be seen. A monograin membrane is a thin layer consisting of a layer of powder is constructed. The powder grains are together glued. The powder grains can be single crystal.

Zur Herstellung von einkristallinem Pulver wird eine Schmelze erzeugt und ein Flußmittel zugegeben. Die Schmelze weist die Komponenten eines halbleitenden Materials, also zum Beispiel die Komponenten von Kupfer-Indium-Diselenid auf und zwar in der Regel in stöchiometrischer Zusammensetzung. Die Schmelze wird in der Regel auf definierte Temperaturen zwischen 300°C und 1000°C erhitzt. Es wachsen bei geeigneter Temperatur einkristalline Pulverkörner heran. Die gewünschte Rekristallisation findet bei Temperaturen oberhalb der Schmelzpunkte der aufzuschmelzenden Materialien statt. Weisen die Pulverkörner die gewünschte Größe auf, so wird das Wachstum durch Quenchen abgebrochen. Der geeignete Zeitpunkt des Quenchens sowie der geeignete Temperaturverlauf zur Erzielung gewünschter Pulvergrößen werden z. B. durch Vorversuche ermittelt. Anschließend wird das Flußmittel entfernt.For the production of single-crystalline powder, a Melt is generated and a flux is added. The Melt exhibits the components of a semiconducting Materials, for example the components of Copper indium diselenide, usually in stoichiometric composition. The melt is in usually to defined temperatures between 300 ° C and heated to 1000 ° C. It grows when more suitable Single crystal powder grains approach temperature. The desired recrystallization takes place at temperatures above the melting points of the ones to be melted Materials instead. Assign the powder grains desired size, so the growth is through Quench stopped. The appropriate time of the Quenching and the suitable temperature profile for Achieving desired powder sizes z. B. by Preliminary tests determined. Then the flux away.

Monokornmembranen werden in bekannter Weise aus den verfahrensgemäß hergestellten Pulvern hergestellt und insbesondere in Solarzellen verwendet.Monograin membranes are made in a known manner from the powders produced according to the method and used especially in solar cells.

Aus der Druckschrift "T. S. Velde, G. W. M. T. van Helden, Monograin layers, Philips Technical Review, 29 (1968), 238-242" ist bekannt, aus einkristallinem CdS-Pulver eine Monokornmembran herzustellen. Einkristallines, aus CdS bestehendes Pulver wird durch Zerkleinern eines größeren Einkristalls hergestellt. Es wird dann ein Klebstoff als dünne Schicht auf einem aus Glas bestehenden Substrat aufgebracht. Auf die aus dem Klebstoff bestehende Schicht wird das Pulver aufgestreut. Eine Lage des Pulvers haftet daraufhin am Klebstoff. Die übrigen, nicht mit dem Klebstoff verbundenen Pulverkörner werden entfernt. Gelöstes Harz, Polymer oder Komponenten hierfür werden zu den am Klebstoff haftenden Pulverkörnern hinzugegeben. Nach Trocknen und Aushärten der Lösung wird die eine Pulverlage enthaltende Schicht vom Substrat abgezogen. Durch Ätzen können die Pulverkörner bei Bedarf von der Oberfläche her freigelegt werden. Im übrigen sind bzw. bleiben die Pulverkörner durch das Harz etc. miteinander verbunden und bilden so die gewünschte Monokornmembran.From the publication "T. S. Velde, G. W. M. T. van Heroes, Monograin layers, Philips Technical Review, 29 (1968), 238-242 "is known from monocrystalline CdS powder to produce a monograin membrane. Single crystalline powder consisting of CdS is through Crushing a larger single crystal. It then an adhesive is made as a thin layer on top of one Glass applied existing substrate. On the from the The existing layer of adhesive becomes the powder sprinkled on. A layer of the powder then adheres to Adhesive. The rest, not with the glue combined powder grains are removed. Solved Resin, polymer or components for this are the am Adhesive-adhering powder grains added. To Drying and curing the solution becomes one The layer containing the powder layer is removed from the substrate. The powder grains can be removed from the Surface are exposed. Otherwise, the powder grains remain through the resin etc. connected with each other and thus form the desired one Monograin membrane.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfah rens zur Herstellung einer Maske, welches leichter ge handhabt werden kann und bei dem nicht die Probleme bezüglich der Konservierung des Photolackes auftreten. Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines verfah rensgemäß hergestellten Produktes sowie die Angabe vorteilhafter Verwendungsweisen.The object of the invention is to provide a method rens for making a mask, which is easier to use can be handled and with which not the problems regarding the preservation of the photoresist. The object of the invention is to create a process product manufactured in accordance with the requirements as well as the information advantageous uses.

Die Aufgaben der Erfindung werden durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruchs, durch eine Vor richtung sowie einer Verwendungsweise mit den Merkmalen der entsprechenden Nebenansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The objects of the invention are achieved by a method with the features of the main claim, by a pre direction and a mode of use with the features of the corresponding subsidiary claims. Beneficial Refinements result from the subclaims.

Verfahrensgemäß wird eine Monokornmembran verwendet, die aus lichtempfindlichen Halbleiterteilchen aufgebaut ist. Als lichtempfindliche Halbleiter werden derartige eingesetzt, die in einem ersten Zustand, z. B. im trockenen Zustand stabil sind und sich in einem zweiten Zustand, z. B. in einem befeuchteten Zustand, lichtempfindlich, d. h. instabil, verhalten. Unter lichtempfindlichem Verhalten wird verstanden, daß die belichteten Pulverkörner der Membran im entsprechenden Zustand, also beispielsweise im befeuchteten Zustand, aus der Membran herausfallen können oder sich ganz auflösen. Verfahrensgemäß wird die bereitgestellte Membran vom lichtunempfindlichen Zustand in den lichtempfindlichen Zustand überführt. Anschließend wird die Membran entsprechend der gewünschten Struktur belichtet. Entsprechend der Belichtung fallen die Körner aus der Monokornmembran heraus oder lösen sich auf. Die Membran wird vom lichtempfindlichen Zustand in den lichtunempfindlichen Zustand überführt, also beim vorgenannten Beispiel getrocknet. Anschließend steht die gewünschte Maske zur Verfügung. According to the method, a monograin membrane is used, built up from photosensitive semiconductor particles is. Such as light-sensitive semiconductors used in a first state, e.g. B. in dry state and stable in a second Condition, e.g. B. in a humidified state, photosensitive, d. H. unstable, behave. Under photosensitive behavior is understood that the exposed powder grains of the membrane in the corresponding Condition, for example in the moistened condition, can fall out of the membrane or completely dissolve. According to the procedure, the one provided Membrane from the light-insensitive state in the transferred photosensitive state. Then will the membrane according to the desired structure exposed. The fall according to the exposure Grains out of the monograin membrane or come loose on. The membrane is in from the photosensitive state transferred the light-insensitive state, so at Dried above example. Then stands the desired mask is available.

Beispiele für Materialien, die die vorgenannten Bedingungen erfüllen, sind: PbS, CdS, ZnS, CdTe, Si, Ge, GaAs, Polypyrrol, Polyanilin in Folien wie Polyurethan, Polycarbonat, Polyethylen, Polymethylmethacrylat.Examples of materials that the aforementioned Conditions are: PbS, CdS, ZnS, CdTe, Si, Ge, GaAs, polypyrrole, polyaniline in foils like Polyurethane, polycarbonate, polyethylene, Polymethyl methacrylate.

Beispiele für lichtempfindliche Zustände sind: PbS, CdS ZnS in wäßriger Sulfidlösung, Si in wäßriger HF-Lösung, GaAs und CdTe in Wasser, Polymere in alkoholischen oder organischen Lösungsmitteln, vor allem in Gegenwart von Sauerstoff.Examples of light-sensitive conditions are: PbS, CdS ZnS in aqueous sulfide solution, Si in aqueous HF solution, GaAs and CdTe in water, polymers in alcoholic or organic solvents, especially in the presence of Oxygen.

Beispiele für lichtunempfindliche Zustände sind: sämtliche vorgenannte Materialien in trockener Luft, Si und Polypyrrol und andere Polymere in Wasser, da z. B. SiO₂ das Material passiviert und Pyrrol; Mono-, Oligo- und Polymere, in die Polymere nach dem Bestrahlen der Teilchen umgewandelt werden, und die sich nicht in Wasser lösen.Examples of light-insensitive states are: all of the aforementioned materials in dry air, Si and polypyrrole and other polymers in water, since e.g. B. SiO ₂ passivates the material and pyrrole; Mono-, oligo- and polymers into which polymers are converted after the particles have been irradiated and which do not dissolve in water.

Beispiele für die Überführung der Materialien vom lichtunempfindlichen in den lichtempfindlichen Zustand: generell Eintauchen in eine Lösung, in der die Photokorrosionsprodukte löslich sind; vorteilhaft ist regelmäßig die Gegenwart von Sauerstoff, der zum Peroxid oder Superoxid reduziert werden kann.Examples of the transfer of materials from light-insensitive in the light-sensitive state: generally immersion in a solution in which the Photocorrosion products are soluble; is advantageous regularly the presence of oxygen, which Peroxide or superoxide can be reduced.

Das Verfahren weist gegenüber dem Verfahren der ein gangs genannten Art mit dem Photolack den Vorteil auf, daß die Monokornmembran sich zunächst in einem licht unempfindlichen Zustand befindet. Hieraus resultiert regelmäßig eine erheblich verbesserte Lebensdauer gegenüber Photolacken. Verfahrensgemäß befindet sich die Monokornmembran nur für kurze Zeit im lichtempfindlichen Zustand. Nach Abschluß des Verfahrens liegt eine Maske in einem lichtunempfindlichen Zustand vor, die daher unproblematisch gehandhabt werden kann.The method has an opposite to the method of the type mentioned above with the photoresist has the advantage that the monograin membrane is initially in one light insensitive condition. This results in regularly a significantly improved lifespan versus photoresists. According to the procedure the monograin membrane only for a short time photosensitive condition. After completing the One mask lies in one process light-insensitive state before, therefore can be handled easily.

Das nach dem Verfahren hergestellte Produkt ist also eine Monokornmembran, die vorgegebene definierte Struk turen aufweist und als Maske der eingangs genannten Art fungiert.So the product made by the process is a monograin membrane, the given defined structure features and as a mask of the type mentioned acts.

Die anspruchsgemäße Maske wird z. B. beim Siebdruckver fahren verwendet, bei der Lithographie, zur Herstellung von Chips oder zur Herstellung von Elektroden.The mask according to claim is z. B. at Siebdruckver drive used in lithography, for manufacturing of chips or for the production of electrodes.

Embodiments

Monokornmembranen werden z. B. hergestellt durch Aufstreuen von Halbleiterpulvern auf eine mit UHU©- Photokleber bestrichene Glasplatte, anschließendes Eintauchen in eine Lösung aus dem 2-Komponenten- Kunststoff Desmodur©/Desmophen© in Xylol und nachfolgendes Abziehen, Härten und Abätzen des Polymers mit einer KOH-Lösung.Monograin membranes are e.g. B. made by Sprinkling semiconductor powders onto one with UHU © - Photo-coated glass plate, followed by Immersion in a solution from the 2-component Plastic Desmodur © / Desmophen © in xylene and then stripping, curing and etching the polymer with a KOH solution.

Eingesetzt wurden bisher: CdS-, CdTe-, CdSe-, CuInSe₂- Teilchen mit Durchmessern zwischen 20 µm und 50 µm, die selber unter Belichtung korrodieren, sowie TiO₂, ZnO, CdS, die z. B. in alkoholischer Lösung die Polymerfolien, hier Polyurethan, anlösen und dann herausfallen.So far: CdS, CdTe-, CdSe-, CuInSe ₂ - particles with diameters between 20 µm and 50 µm, which corrode themselves under exposure, as well as TiO ₂ , ZnO, CdS, which e.g. B. in alcoholic solution, dissolve the polymer films, here polyurethane, and then fall out.

Dimensionierungen der Masken, die im allgemeinen verwendet werden, sind z. B. Dimensionen, die beim Siebdruckverfahren für Bilder erforderlich sind: zwischen 1 µm und einigen hundert µm je nach gewünschter Feinheit der Strukturen, beim Drucken von Pasten zur Herstellung von Keramiken auch im Millimeterbereich oder größer. Dimensions of the masks in general are used, for. B. Dimensions when Screen printing processes for images are required: between 1 µm and a few hundred µm depending on desired fineness of the structures when printing Pastes for the production of ceramics also in the Millimeter range or larger.

Die Maskengrößen selbst liegen im Bereich von Quadratmikrometern bis hunderten von Quadratzentimetern für das Belichten oder Maskenätzen. Für einen Pastendruck zur Keramikherstellung können auch Quadratmeter vorgesehen sein.The mask sizes themselves are in the range of Square micrometers to hundreds of square centimeters for exposure or mask etching. For one Paste printing for ceramic production can also Square meters can be provided.

Dimensionen, die bei der Lithographie eine Rolle spielen, sind: je nach Lithographieverfahren von nm (Röntgen- und Elektronenstrahl-), hundert nm (für UV), 1 µm für sichtbares Licht usw.Dimensions that matter in lithography play, are: depending on the lithography process from nm (X-ray and electron beam), hundred nm (for UV), 1 µm for visible light etc.

Beispiele für Dimensionen und Aussehen einer Maske, wenn Elektroden hergestellt werden sollen, sind:Examples of dimensions and appearance of a mask, when electrodes are to be manufactured are:

Für die Herstellung von Punktkontaktelektroden können extreme Unterschiede erforderlich sein, z. B. nm-Höhen mit µm-Durchmessern in cm-Abständen.Can be used for the production of point contact electrodes extreme differences may be required, e.g. B. nm heights with µm diameters in cm intervals.

Eine Monokornmembran und keine Membran, die aus mehreren Pulverlagen besteht, wird eingesetzt, damit nach dem Belichten und dem korrosionsbedingten Herausfallen oder Auflösen der Teilchen der Weg für das zu druckende Material oder die zum Belichten oder Ätzen verwendeten Strahlen frei sein muß.A monograin membrane and not a membrane made up of several layers of powder is used, so after exposure and the corrosion related Falling out or dissolving the particles is the way for that material to be printed or for exposure or etching rays used must be free.

Einkristalline Teilchen bei der Membran zu verwenden, weist den Vorteil auf, daß dann der Photoeffekt mit einer höheren Quantenausbeute den gewünschten Auflösungseffekt erzielt.To use single crystalline particles in the membrane has the advantage that the photo effect then a higher quantum yield the desired Dissolution effect achieved.

Eine Maske im Sinne der Erfindung weist insbesondere eine Mehrzahl an Löchern und/oder Schlitzen auf. Schlitze verlaufen insbesondere gemäß typischen künstlich erzeugten Geometrien, wie geradlinig, entsprechend dem Ein- oder Mehrfachen von einem Viertel eines Kreisumfangs oder rechtwinkelig. Die Löcher oder Schlitze liegen in der Maske in der Regel entsprechend dem Zweck nicht zufällig verteilt, sondern künstlich angeordnet vor.A mask in the sense of the invention points in particular a plurality of holes and / or slots. Slits run especially according to typical artificially created geometries, like straight lines, corresponding to the single or multiple of a quarter of a circumference or rectangular. The holes or There are usually slits in the mask accordingly not distributed randomly, but artificially arranged before.

Claims

1. A method of making a mask comprising the steps of:

a mono-grain membrane is used, which is composed of light-sensitive particles;
- The particles used are those which are sensitive to light in a first state and are insensitive to light in a second state;
- The monograin membrane is brought from the light-insensitive to the light-sensitive state;
- The monograin membrane is then exposed according to a predetermined structure;
- the grains fall out of the monograin membrane according to the exposure;
- The monograin membrane is then brought from the light-sensitive state to the light-insensitive state.

2. The method according to claim 1, characterized, that the particles of the monograin membrane from monocrystalline semiconductor materials exist.

3. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that the transfer from a light-insensitive into a photosensitive state Moisturize the monograin membrane.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that the transfer from a photosensitive in a light-insensitive state by drying the monograin membrane.

5. Mask consisting of a monograin membrane with defined structures in the monograin membrane.

6. Use a mask consisting of a Monograin membrane with a defined structure in the Monograin membrane for a screen printing, for a Lithography process or for the production of Electrodes.