DE3921600C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Her­ stellung von ganzflächigen oder partiellen metallischen Schichten gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Aus der Mat. RES. Soc. Symp. Proc. Vol. 75, 1987 ist ein Ver­ fahren zur Herstellung von metallischen Schichten auf einem Substrat bekannt. Bei diesem Verfahren werden in Lösungsmitteln gelöste metallorganische Verbindungen auf die Oberfläche eines Substrates aufgetragen. Zur Ausbil­ dung einer metallischen Schicht auf dem Substrat wird die Lösung mit einer Lichtquelle hoher Leistung be­ strahlt. Für die Fertigstellung der metallischen Schich­ ten sind zusätzliche Trocknungsprozesse erforderlich.

Aus der CH-PS 6 21 152 ist ein Verfahren zum Metalli­ sieren von Oberflächen bekannt. Hierfür wird eine Lö­ sung, die unter Verwendung eines Metallsalzes gebildet wird, auf die zu metallisierende Oberfläche aufgetragen. Anschließend werden auf der Oberfläche unter der Ein­ wirkung von sichtbarem Licht oder UV-Strahlung Metall­ keime gebildet, die eine katalytische Wirkung der Ober­ fläche hervorrufen. Die eigentliche Metallisierung der Oberfläche erfolgt dann durch Eintauchen der Oberfläche in ein Metallbad.

In der GB-PS 12 63 715 ist ebenfalls ein Verfahren zur Metallisierung einer Oberfläche beschrieben. Bei der Durchführung des Verfahrens wird eine ein Metallsalz enthaltende Lösung auf die Oberfläche aufgetragen und unter Einwirkung von Licht, das bspw. von einer Queck­ silberdampflampe stammt, die katalytische Reduktion der Oberfläche bewirkt, so daß anschließend die eigentliche Metallisierung der Oberfläche in einem Metallbad durch­ geführt werden kann.

In der US-PS 45 94 264 ist ein Verfahren zum Aufbringen von Gallium-Arsenid auf eine Oberfläche beschrieben. Hierfür wird eine Galliun-Arsen-haltige Lösung auf die Oberfläche aufgetragen und eine Arsenid-Verbindung ver­ dampft. Der Film wird anschließend mit Licht bestrahlt.

Aus der J. Vac. Sci. Technol. A 4 (6), Nov/Dec 1986, S. 3146 bis 3152 ist bekannt, wie durch Photolyse von Trimethyl­ aluminium metallische Aluminiunschichten hergestellt werden können. Für die Photolyse wird Licht mit einer Wellenlänge von 180 bis 260 nm verwendet.

Der Erfindung liegt ausgehend von dem eingangs genannten Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem metallische Schichten einfacher und energiesparender als bisher auf Substrate aufgetragen werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens können aus pulverförmigen metallorganischen Verbindungen, die auf ein Substrat aufgetragen werden, alleine durch energie­ reiche UV-Photonenbestrahlung unmittelbar metallische Schichten gebildet werden. Vorzugsweise besteht der me­ tallische Anteil der metallorganischen Verbindung aus Kupfer, Palladium, Platin oder Gold. Unter Zuhilfenahme von Masken lassen sich die metallischen Schichten an definierter Stelle auf dem Substrat ausgebilden. Die nicht mit dem UV-Licht bestrahlten Pulverteilchen können anschließend problemlos von der Oberfläche des Substrats abgenommen werden. Umweltbelastende Lösungsmittel werden nicht freigesetzt. Zusätzliche Trocknungsprozesse ent­ fallen und Benetzungsprobleme beim Auftragen der Lösung auf die Substratoberfläche treten nicht auf. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können selbstverständlich auch metallische Schichten aus Lösungsfilmen abgeschie­ den werden. Hierfür werden die metallorganischen Verbin­ dungen in einem Lösungsmittel gelöst und durch Tauchen oder Sprühen auf die Oberfläche des Substrates aufge­ tragen.

Für die Bestrahlung der pulverförmigen metallorganischen Verbindung wird ein UV-Hochleistungsstrahler mit quasi­ gepulster Betriebsart verwendet. Das von dem Hochlei­ stungsstrahler ausgesendete Licht weist eine Wellenlänge auf, die je nach Gasfüllung des UV-Hochleistungsstrah­ lers zwischen 60 nm und 320 nm liegt. Anstelle des UV- Hochleistungsstrahlers kann zur Ausbildung der metalli­ schen Schichten auf dem Substrat auch eine Hochlei­ stungsquecksilberlampe mit einer Wellenlänge von 185 nm verwendet werden. Für die Ausbildung der metallischen Schichten werden pulverförmiger Metallacetate, Metall­ acetylacetonate und Metallformiate auf die Substratober­ fläche aufgetragen. Die Dicke der aufgetragenen Pulver­ schicht beträgt 50 nm bis 500 nm. Das Substrat, auf wel­ chem die metallische Schicht ausgebildet werden soll, kann aus einem organischen oder anorganischen Werkstoff bestehen. Eine besonders gute Haftfestigkeit der metal­ lischen Schicht kann auf Substraten aus Aluminiumoxid und Aluminiumnitrid (AlN) erzielt werden. Die fertigge­ stellten Schichten können zusätzlich durch stromlose oder galvanische Metallisierung verstärkt werden.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale sind in den Un­ teransprüchen gekennzeichnet.

Es zeigen:

Fig. 1 Die strukturierte Beschichtung eines Sub­ strats,

Fig. 2 das beschichtete Substrat gemäß Fig. 1,

Fig. 3 ein ganzflächig beschichtetes Substrat mit zusätzlicher Metallisierung.

Fig. 1 zeigt ein flächiges Substrat 1 mit rechteckigem Querschnitt, auf dessen Oberfläche eine metallische Schicht abgeschieden werden soll. Das Substrat 1 ist bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel aus Alumini­ umoxid (Al₂O₃) gefertigt. Die metallische Beschichtung kann jedoch auch auf anderen Substraten (hier nicht dar­ gestellt) aus einem organischen oder anorganischen Werkstoff aufgebracht werden. Die verwendeten Substrate können jede beliebige geometrische Form aufweisen, vor­ zugsweise werden jedoch dünne Platten verwendet, die aus Aluminiumnitrid, Borsilikatglas, Polyimid, Gummi, Papier oder Pappe sowie aus keramisch gefüllten oder glasgewe­ beverstärkten Fluorkunststoffen hergestellt sind. Auf die gereinigte Oberfläche des Substrats 1 wird zunächst eine pulverförmige metallorganische Verbindung 2 aufge­ tragen. Die Dicke des aufgetragenen Pulvers wird so ge­ wählt, daß die zu bildende metallische Schicht im ferti­ gen Zustand eine Dicke von 0,5 bis 50 nm aufweist. Das verwendete Pulver weist vorzugsweise eine Korngröße von 25 bis 150 µm auf. Als metallorganische Verbindung kön­ nen Metallacetate, Metallacetylacetonate und Metall­ formiate verwendet werden. Soll beispielsweise die zu bildende metallische Schicht 2 M aus Palladium bestehen, so wird auf die zu beschichtende Oberfläche 1 S des Sub­ strates 1 pulverförmiges Palladiumacetat aufgetragen. Zur Ausbildung einer aus Kupfer bestehenden metallischen Schicht wird Kupferacetat oder eine andere metallorga­ nische Verbindung aufgetragen, deren metallischer Anteil aus Kupfer besteht. Ein strukturiertes Auftragen des Pulvers ist mittels Siebdruck oder Sprühen möglich.

In definiertem Abstand über der zu beschichtenden Ober­ fläche 1 S des Substrates 1 ist ein UV-Hochleistungs­ strahler 3 angeordnet. In Fig. 1 ist dieser Hochlei­ stungsstrahler 3 nur schematisch dargestellt. Eine de­ taillierte Beschreibung eines solchen Hochleistungs­ strahlers 3 kann der EP-OS 02 54 111 entnommen werden. Der Hochleistungsstrahler 3 besteht aus einem durch eine einseitig gekühlte Metallelektrode (hier nicht darge­ stellt) und ein Dielektrikum (hier ebenfalls nicht dar­ gestellt) begrenzten und mit einem Edelgas oder Gasge­ misch gefüllten Entladungsraum (hier nicht dargestellt) . Das Dielektrikum und die auf der dem Entladungsraum ab­ gewandten Oberfläche des Dielektrikums liegende zweite Elektrode sind für die durch stille elektrische Ent­ ladung erzeugte Strahlung transparent. Durch diese Kon­ struktion und durch eine geeignete Wahl der Gasfüllung wird ein großflächiger UV-Hochleistungsstrahler mit ho­ hem Wirkungsgrad geschaffen. Mit einer Gasfüllung aus Helium kann eine UV-Strahlung mit einer Wellenlänge zwi­ schen 60 und 100 nm erzielt werden. Mit einer Edelgas­ füllung aus Argon kann eine UV-Strahlung im Wellenlän­ genbereich zwischen 107 und 165 nm erzeugt werden. Mit einer Gasfüllung bestehend aus Xenon kann UV-Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 160 und 190 nm erzeugt werden, wobei das Maximum dieser Wellenlänge bei 172 nm liegt. Mit Hilfe von Argonfluorid bzw. Kryptonfluorid ist der Hochleistungsstrahler 3 zur Emission von UV- Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 180 und 200 nm bzw. 240 und 255 nm in der Lage. Mit einem Gasgemisch aus Xenon und Chlor kann eine UV-Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 300 nm und 320 nm erzeugt werden. Der Hochleistungsstrahler 3 arbeitet mit einem quasige­ pulsten Betrieb. Soll das zu beschichtende Substrat 1 auf seiner gesamten Oberfläche mit einer Metallschicht versehen werden, so wird ein Hochleistungsstrahler 3 verwendet, dessen Strahlungsfeld der Größe der Substrat­ oberläche 1 S entspricht. Falls die aufzutragende metal­ lische Schicht 2 M eine definierte Struktur aufweisen soll, besteht die Möglichkeit, daß zwischen dem Hoch­ leistungsstrahler 3 und der Oberfläche 1 S des Substrates 1 eine oder mehrere optische Linsen (hier nicht darge­ stellt) angeordnet werden. Mit deren Hilfe kann eine die gewünschte Struktur bestimmende Maske auf der Oberfläche 1 S des Substrates 1 abgebildet werden. Dies ist insbe­ sondere dann vorteilhaft, wenn die aufzutragende Schicht komplexe Strukturen wie Linien oder Spiralen aufweisen soll. Mit Hilfe der Linsen können die Strahlen so fokus­ siert werden, daß sie gerade die Breite dieser Linien bzw. Spiralen aufweisen. Die Maske kann jedoch auch un­ mittelbar über der Pulverschicht 2 positioniert werden. Die Maske 4 ist an die Abmessung der Oberfläche angepaßt und weist gerade an den Stellen, an denen die struktu­ rierte metallische Beschichtung 2 M ausgebildet werden soll, Durchlässe 4 D für die von dem UV-Hochleistungs­ strahler 3 kommende Strahlung auf. Die Bestrahlung der Pulverschicht 2 durch die Durchlässe 4 D hindurch wird wenige Sekunden bis hin zu einigen Minuten lang durchge­ führt. Diese Zeit wird von den jeweiligen Gegebenheiten bestimmt. Durch das Bestrahlen der Pulverschicht 2 wird die metallorganische Verbindung unter gleichzeitiger Bildung der metallischen Schicht zersetzt. Bei Verwen­ dung einer Maske 4 haben die gebildeten metallischen Schichten die Breite und die Länge der in der Maske 4 vorgesehenen Durchlässe 4 D. Die Pulverschichten 2, wel­ che durch die Maske 4 vor einer Bestrahlung abgeschirmt wurden, können jetzt mit Hilfe eines Gasstrahles von der Oberfläche 1 S des Substrates 1 entfernt werden.

Anstelle des eingangs beschriebenen UV-Hochleistungs­ strahlers 3 kann auch eine Hochleistungsquecksilberlampe mit einer Wellenlänge von 185 nm für die Ausbildung der metallischen Schichten eingesetzt werden. Erfindungs­ gemäß kann die Geometrie des verwendeten UV-Hochlei­ stungsstrahlers 3 bzw. der Hochleistungsquecksilberlampe an die Geometrie der zu beschichtenden Substrate ange­ paßt werden. Es ist bspw. durchaus möglich, die Be­ schichtung von rechteckigen Substraten im Sekundentakt auf einem Fließband durchzuführen. Hierfür wird die Lam­ pengeometrie auf den rechteckigen Querschnitt des zu beschichtenden Substrats abgestimmt. Zusätzlich werden die Länge der Lampe und die Geschwindigkeit des Bandes, auf welche die Substrate gelegt werden, so aufeinander abgestimmt, daß das jeweilige Substrat 1 solange unter einer Lampe 3 hindurch bewegt wird, wie es für die Aus­ bildung der metallischen Schicht 2 M auf seiner Oberflä­ che 2 S erforderlich ist. Die gewünschte Produktionsrate kann durch Wahl der o.g. Parameter erzielt werden.

Fig. 2 zeigt ein Substrat 1, das mit dem erfindungsge­ mäßen Verfahren unter Verwendung des UV-Hochleistungs­ strahlers 3 und der in Fig. 1 gezeigten Maske 4 be­ schichtet wurde. Das Substrat 1 weist die zu Beginn des Verfahrens festgelegte strukturierte Beschichtung auf, die zum einen mit Hilfe der Maske 4 und zum anderen durch ein gezieltes Auftragen der pulverförmigen metall­ organischen Verbindung erreicht wird.

In Fig. 3 ist ein weiteres Substrat 1 dargestellt, des­ sen Oberfläche 1 S vollständig von einer metallischen Schicht 2 M überzogen ist. Die Ausbildung dieser me­ tallischen Schicht 2 M erfolgt wiederum durch Auftragen einer metallorganischen Verbindung in Pulverform auf die Oberfläche 1 S des Substrates 1. Anschließend wird die Pulverschicht 2 komplett von dem UV-Hochleistungsstrah­ ler 3 bestrahlt, so daß das gesamte Pulver zersetzt und in eine metallische Schicht 2 M umgewandelt wird. Die in Fig. 3 dargestellte Metallschicht 2 M ist zusätzlich durch einen weiteren metallischen Überzug 5 verstärkt. Dieser metallische Überzug 5, der aus Kupfer oder einem anderen Metall bestehen kann, läßt sich durch stromlose oder galvanische Metallisierung ausbilden. Die in Fig. 2 dargestellten strukturierten Metallschichten 2 M können in gleicher Weise verstärkt werden.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung von ganzflächigen oder partiellen metallischen Schichten (2 M) aus einer metall­ organischen Verbindung auf einem Substrat (1) durch Be­ strahlung, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung der ganzflächigen oder partiellen metallischen Schichten (2 M) eine pulverförmige metallorganische Verbindung in Form eines Metallacetats, eines Metallacetylacetonats oder eines Metallformiats, deren metallischer Bestand­ teil durch Palladium, Kupfer, Platin oder Gold gebildet wird, in einer Dicke zwischen 0,5 und 500 nm auf das Sub­ strat (1) aufgetragen und mit UV-Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 60 nm und 320 nm vollständig oder partiell bestrahlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Herstellung der ganzflächigen oder partiel­ len metallischen Schichten (2 M) ein Hochleistungsstrah­ ler (3) verwendet wird, der eine Gasfüllung aufweist und UV-Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen 60 und 320 nm erzeugt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Herstellung der ganzflächigen oder partiel­ len metallischen Schichten (2 M) ein in der EP-OS 02 54 111 offenbarter UV-Hochleistungsstrahler (3) mit einer Gas­ füllung aus Helium, Argon, Argonfluorid, Kryptonfluorid, Xenon oder einem Gemisch aus Xenon und Chlor verwendet wird, der eine Wellenlänge zwischen 60 nm und 320 nm erzeugt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Herstellung der ganzflächigen oder par­ tiellen metallischen Schichten (2 M) eine Hochleistungs­ quecksilberlampe mit einer Wellenlänge von 185 nm ver­ wendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die ganzflächigen oder par­ tiellen metallischen Schichten (2 M) durch stromlose oder galvanische Metallisierung verstärkt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die ganzflächigen oder par­ tiellen metallischen Schichten (2 M) auf die Oberfläche (1 S) von Substraten (1) aus organischen oder anorga­ nischen Werkstoffen aufgetragen werden.