EP1499926A1 - Verfahren zum herstellen von mikrolochstrukturen - Google Patents

Verfahren zum herstellen von mikrolochstrukturen

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Publication number
EP1499926A1
EP1499926A1 EP03725097A EP03725097A EP1499926A1 EP 1499926 A1 EP1499926 A1 EP 1499926A1 EP 03725097 A EP03725097 A EP 03725097A EP 03725097 A EP03725097 A EP 03725097A EP 1499926 A1 EP1499926 A1 EP 1499926A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
substrate
micro
hole
coating
relief structure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03725097A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Gombert
Volkmar Boerner
Josef Robert
Ilka Gehrke
Benedikt BLÄSI
Michael Niggemann
Christian Schlemme
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP1499926A1 publication Critical patent/EP1499926A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/0015—Production of aperture devices, microporous systems or stamps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
    • B01D67/0002—Organic membrane manufacture
    • B01D67/0023—Organic membrane manufacture by inducing porosity into non porous precursor membranes
    • B01D67/003—Organic membrane manufacture by inducing porosity into non porous precursor membranes by selective elimination of components, e.g. by leaching
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/10—Supported membranes; Membrane supports
    • B01D69/107—Organic support material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/02—Inorganic material
    • B01D71/022—Metals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2323/00—Details relating to membrane preparation
    • B01D2323/24—Use of template or surface directing agents [SDA]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
    • B01D2325/43—Specific optical properties
    • B01D2325/44—Specific light transmission

Definitions

  • the invention relates to a method for producing microhole structures.
  • Micro-hole structures for fine filtration of liquids for example, and for radiation filtering or shielding have long been known. These are usually regular hole structures with flat webs between the holes.
  • the webs are mostly metallic for radiation filtering or shielding and have a high conductivity.
  • Metallic and non-metallic materials are suitable for fine filtration. Since micro-hole structures with very thin webs have a mechanical stability that is too low for filtration, they are supported by a second grid, which is much larger in terms of the hole and web dimensions.
  • the hole structures can be located on a substrate for radiation filtering. the one that is optically transparent in the wavelength range of interest for filtering.
  • the holes • of these micro-hole structures can be almost round or elongated in one direction.
  • Hole structures with minimum hole dimensions of> approx. 1 ⁇ m can be formed photolithographically in the laboratory by contact exposure.
  • a mask is first produced by electron beam writing. This is used for duplication against a substrate coated with photoresist, e.g. a thin film pressed onto glass or silicon.
  • photoresist e.g. a thin film pressed onto glass or silicon.
  • the substrate including the photoresist structure, is then provided with the thin film by means of a vacuum process such as vapor deposition or sputtering. By loosening the photoresist structure, the film is lifted off at these points.
  • a vacuum process such as vapor deposition or sputtering.
  • Known structuring methods also include photolithography in connection with electroforming, which is used in particular for thick layers to be structured. This process is also known as the low-cost LIGA process.
  • the photoresist can also be exposed in the projection exposure method.
  • the mask is typically projected onto the photoresist layer in a reduced ratio of 5: 1.
  • the entire substrate is exposed by repeatedly exposing the same pattern on the mask in a step-and-repeat process.
  • the projection exposure has the advantage that structures ⁇ 1 ⁇ m in the photoresist layer can also be manufactured industrially using this method. However, a projection exposure machine with exposure wavelengths in the deep UV range is required. Such
  • Projection exposure machines have high investment costs. Furthermore you need for because of the shallow depth of field of the image, projection planes also require extremely flat substrates, which are usually only available through expensive surface processing processes such as lapping and polishing. This means that the costs for the substrates to be used increase.
  • line gratings are produced with "one exposure. It is also known to produce cross gratings and hexagonal gratings by two successive exposures with intermediate rotation of the substrate by 90 ° or 60 °. After development of the photoresist, either free-standing photoresist columns or a continuous surface relief.
  • the shadow cast can be viewed in a first approximation like the shadow cast by a point light source.
  • the distance between the source and the substrate in a vacuum apparatus cannot be chosen to be as large as desired, a local change in the direction of propagation cannot be avoided.
  • only surface reliefs that are tolerant of a change in the direction of propagation of the coating clusters, as in the case of the line grating, are suitable as self-adjusting masks for the oblique coating.
  • the substrate By forming a substrate with a relief structure on a surface and obliquely coating the relief structure with the material of the micro-hole Structure, the substrate itself is used as a mask, so that in this respect no adjustment is necessary (“self-adjustment”) and therefore inaccuracies associated therewith are avoided. It is therefore possible to borrow hole dimensions down to 0.1 ⁇ m industrially.
  • the relief structure To achieve the desired formation as a micro-hole structure, it is necessary for the relief structure to have a coherent network of first surface parts, the local surface normal vectors of which form a small angle with the unit vector of the surface, and second surface parts between the first surface parts , whose local surface normal vectors enclose a small angle with the direction vector of the coating.
  • the method is particularly economical if the relief structure of the substrate is formed by replicating an original structure.
  • the original structure is preferably formed by a photolithographic process, in particular by interference lithography, and an embossing stamp thereof is produced by galvanic molding.
  • the relief structure can be copied onto a large number of substrates using a subsequent process such as embossing or casting.
  • Preferred materials in which the relief can be replicated are plastics, sol-gel layers and glass.
  • Fig. 4 is a metallic micro-hole structure for filtering infrared radiation
  • Fig. 5 shows the process flow in the manufacture of a micro-hole structure for the fine filtration of
  • the oblique coating has a preferred coating direction. This is in the case of the known helical coating of linear structures perpendicular to the direction of Translationsin 'variance selected.
  • the oblique coating for producing hole structures there is a new requirement that the shadow cast of the raised part of the surface structure does not lead to an interruption in the web structure surrounding the hole. This can be guaranteed by various designs of the surface relief:
  • Fig. 1 shows a perspective view of such an arrangement, in which the elevations are frustoconical. 2 schematically shows the oblique coating of this arrangement, from which the coated areas 1 and the non-coated areas 2 lying in the shadow of the elevations can be seen.
  • Relief structure can be obtained by replicating an original structure in the formation of the arrangement A).
  • Fig. 3 shows schematically the oblique coating of the arrangement B).
  • x direction the weakly modulated areas are completely coated.
  • the webs in the y direction create the hole structures by casting shadows during the oblique coating. The more elongated the hole structures are, the less sensitive the structure is to justa errors in the oblique coating.
  • Fig. 4 shows a plan view of a metallic micro-hole structure for filtering infrared radiation, which by an oblique coating such relief structure was obtained.
  • Condition 1 The structure must have a coherent network of surface parts whose local surface normal vectors n form a small angle with the unit vector z perpendicular to the x-y plane: n «z (coated areas).
  • Condition 2 The structure between the network from condition 1 must have the largest possible surface parts, the local surface normal vectors n of which form a small angle with the direction vector of the coating b: n «b (uncoated or shading areas).
  • Elongated structures are particularly cheap because there are particularly large parts of the surface that meet condition 2.
  • blazed structures are particularly favorable, since n and b form a particularly small angle on their steep flank if the steep flank faces away from the coating source.
  • the surface reliefs A) - C) can be produced particularly efficiently by interference lithography.
  • the relief A) can be produced using a positive photoresist.
  • the more favorable structure B) is created by simply copying through galvanic or other replication processes.
  • a structure similar to B), for example in a hexagonal arrangement, can also be obtained by interference lithography with three or more incident waves are produced.
  • Elongated holes according to structure type C) can be produced very well by double exposure with the sample holder rotated in the meantime by 1 ° - 85 °. The elongation is very large at a rotation angle of 1 °, and the elongation is low at a rotation angle of 85 °.
  • micro-hole structures obtained by oblique coating for different applications is described below.
  • a suitable surface relief is replicated in polyethylene (PE) or polytetrafluoroethylene (PTFE) transparent to infrared radiation and with a metal of high conductivity, e.g. Gold, diagonally coated.
  • PE polyethylene
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the filter is functional.
  • the wavelength of the peak transmission is determined by the hole dimensions and the refractive index of the hole, the polarization dependence on the hole shape.
  • FIG. 4 shows the obliquely coated surface relief is depicted such that only the metal grid can be seen.
  • an IR-transparent protective coating can be applied. This changes the wavelength of the peak transmission.
  • the substrate 3 provided with the surface structure; b) reproduces this after the oblique coating with a metal 4; and c) represents the arrangement after the galvanic reinforcement of the coating material with nickel 5.
  • the arrangement is printed with the negative structure 6 of the support grid consisting of organic material, and e) also shows the arrangement after a further galvanic treatment Nickel, in which the support grid 7 was formed.
  • the finished screen is shown, in which the organic components, namely the substrate 3 and
  • Micro-hole structures for shielding unwanted electromagnetic radiation are often required on glass surfaces, for example cover glasses of plasma displays. Untitled.
  • the essential function of the micro-hole structure is to achieve a very good DC conductivity with good visual transmission.
  • the additional task that is set in this embodiment is the transfer of the micro-hole structure to the glass plate.
  • the glass plate is functionalized on the surface in such a way that the metallic micro-hole structure adheres better to the glass surface than to the obliquely coated substrate serving as a transfer film.
  • This functionalization can also take the form of a vacuum coating, a lacquer or a sol-gel layer. After the microhole structure has been transferred, it can be coated.
  • This variant has the advantage that the micro-hole structure is largely resistant to chemical or physical attacks.
  • the second variant is the lamination of the obliquely coated substrate on the glass pane. Materials with high conductivity (eg metals) are particularly suitable for this application.

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Abstract

Bei einem neuen Verfahren zur Herstellung von Mikrolochstrukturen wird das hierfür verwendete Material durch Schrägbeschichtung auf eine mit einer Reliefstruktur versehene Oberfläche eines Substrats aufgebracht. Für die Erzielung des gewunschten Lochmuster weist die Reliefstruktur ein zusammenhängendes Netz aus ersten Oberflächenteilen, deren lokale Flächennormalenvektoren mit dem Einheitsvektor der Oberfläche einen kleinen Winkel einschliessen, and zwischen den ersten Oberflächenteilen zweite Oberflächenteile, deren lokale Flächennormalenvektoren mit dem Richtungsvektor der Beschichtung einen kleinen Winkel einschliessen, auf.

Description

Verfahren zum Herstellen von Mikrolochstrukturen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Mikrolochstrukturen.
Mikrolochstrukturen zur Feinfiltration beispielsweise von Flüssigkeiten und zur Strahlungsfilterung oder - abschirmung sind seit langem bekannt. Es handelt sich hierbei üblicherweise um regelmäßige Lochstrukturen mit flächig verbundenen Stegen zwischen den Löchern. Für die Strahlungsfilterung oder -abschirmung sind die Stege meist metallisch und weisen eine hohe Leitfähigkeit auf. Zur Feinfiltration sind metallische und nichtmetallische Werkstoffe geeignet. Da Mikro- lochstrukturen mit sehr dünnen Stegen freitragend eine für die Filtration zu geringe mechanische Stabilität aufweisen, werden diese von einem zweiten- bezüglich der Loch- und Stegabmessungen wesentlich größeren Gitter gestützt. Für die Strahlungsfilterung kön- nen sich die Lochstrukturen auf einem Substrat befin- den, das in dem für die Filterung interessanten Wellenlängenbereich optisch transparent ist. Die Löcher • dieser Mikrolochstrukturen können nahezu rund oder auch in einer Richtung elongiert sein. Typische Ab- messungen der Löcher liegen im Bereich von 0,1 μm bis 100 μm. Insbesondere die Herstellung von Mikrolochstrukturen mit typischen Lochabmessungen in zumindest einer Richtung von 0,1 - 5 μm ist bisher sehr aufwendig, da hierfür teure Strukturierungsverfahren wie das LIGA-Verfahren oder die Photolithographie und Interferenzlithographie in Verbindung mit Ätz- oder Lift-Off-Techniken eingesetzt werden müssen.
Lochstrukturen mit minimalen Lochabmessungen von > ca. 1 μm können im Labor photolithographisch durch Kontaktbelichtung gebildet werden. Hierbei wird zuerst eine Maske durch Elektronenstrahlschreiben hergestellt. Diese wird zur Vervielfältigung gegen ein mit Photoresist beschichtetes Substrat, z.B. einen dünnen Film auf Glas oder Silizium, gepresst. Beim
Belichtungsvorgang werden nur die von der Maske nicht abgedeckten Bereiche des Photoresists mit UV- Strahlung bestrahlt. In den belichteten Bereichen hat der Photoresist eine im Vergleich zu den unbelichte- ten Bereichen deutlich unterschiedliche Löslichkeits- rate im anschließenden Entwicklungsprozess . Bei Posi- tivresists lösen sich die belichteten Bereiche schneller, bei Negativresists die unbelichteten. Dadurch entsteht nach der Entwicklung ein Oberflächen- relief, das bei geeigneter Wahl der Belichtungs- und Entwicklungsparameter den dünnen Film an der Stelle der Stege maskiert und an der Stelle der Löcher frei- lässt. Anschließend kann der Film nasschemisch oder mittels Ionenätzen geätzt und der Photoresist ent- fernt werden. Eine andere Technik ist das Lift-Off-Verfahren. Bei diesem wird zuerst das Substrat mit Photoresist beschichtet und dieser strukturiert. Anschließend wird das Substrat einschließlich der Photoresiststruktur mittels eines Vakuumverfahrens wie Aufdampfen oder Sputtern mit dem dünnen Film versehen. Durch Lösen der Photoresiststruktur wird an diesen Stellen der Film abgehoben. Die Maske für geätzte Strukturen und für Strukturen nach dem Lift-Off-Verfahren rαuss bei ansonsten gleicher Prozessführung komplementär sein.
Zu den bekannten Strukturierungsverfahren zählt auch die Photolithographie in Verbindung mit Elektrofor- mung, die insbesondere bei dicken zu strukturierenden Schichten Anwendung findet. Dieses Verfahren wird auch als Low-Cost-LIGA-Verfahren bezeichnet.
Das Kontaktbelichtungsverfahren hat den Nachteil, dass es industriell nicht für Lochmaße < 1 μm einge- setzt werden kann, da der Ausschuss wegen unvermeidbarer Variationen des Abstands zwischen Maske und Substrat zu hoch wäre.
Die Belichtung des Photoresists kann auch im Projek- tionsbelichtungsverfahren erfolgen. Dabei wird die Maske typischerweise im Verhältnis 5:1 verkleinert auf die Photoresistschicht projiziert. Das gesamte Substrat wird durch mehrmaliges Belichten desselben Musters auf der Maske in einem Step-and-Repeat- Prozess belichtet. Die Projektionsbelichtung hat den Vorteil, dass mit diesem Verfahren auch Strukturen < 1 μm in der Photoresistschicht industriell gefertigt werden können. Allerdings ist eine Projektionsbelich- tungsmaschine mit Belichtungswellenlängen im tiefen UV-Bereich erforderlich. Solche
Projektionsbelichtungsmaschinen haben hohe Investitionskosten. Des weiteren benötigt man für weiteren benötigt man für Projektionsbelichtung wegen der geringen Schärfentiefe der Abbildung extrem plane Substrate, die in der Regel nur durch teure Oberflächenbearbeitungsprozesse wie Läppen und Polieren er- hältlich sind. Das bedeutet, dass die Kosten für die einzusetzenden Substrate steigen.
Besonders zur Bildung von periodischen Strukturen (Gitterstrukturen) eignet sich die Interferenzlitho- graphie, die auch bereits zur Herstellung von Mikrolochstrukturen vorgeschlagen wurde. Bei dieser Technik wird Photoresist mit dem Interferenzmuster mindestens zweier oder mehr sich überlagernder kohärenter Wellenfelder belichtet. Die Periode Λ des Git- ters ergibt sich bei symmetrischem Einfall der zwei Wellen durch folgende Beziehung:
Λ=——— mit λ0 gleich der Wellenlänge der kohären- 2sin
ten Wellenfelder und θi gleich dem Winkel, den die Ausbreitungsrichtungen der einfallenden Wellen mit der normalen zur belichteten Fläche einschließen.
Hierbei werden mit" einer Belichtung Liniengitter er- zeugt. Bekannt ist auch die Herstellung von Kreuzgittern und hexagonalen Gittern durch zwei aufeinanderfolgende Belichtungen mit zwischenzeitlichem Drehen des Substrats um 90° bzw. 60°. Nach Entwicklung des Photoresists entstehen entweder freistehende Photore- sistsäulen oder ein kontinuierliches Oberflächenrelief.
Die Beschichtung von linearen Oberflächenreliefgit- tern unter schrägem Einfall ist für Herstellung von Polarisatoren für das nahe Infrarot bekannt. Durch den Schattenwurf wird nur eine Flanke des Liniengitters beschichtet. Meist wird hierfür die Bedampfungs- technik gewählt; es ist aber auch möglich, speziell optimierte Sputtertechniken einzusetzen. Im Falle des Polarisators entstehen bei Schrägbeschichten mit einem Metall sozusagen selbstjustiert metallische Leiterbahnen. Eine Übertragung dieser Technik zu Herstellung von Mikrolochstrukturen ist jedoch nicht naheliegend, da die Schrägbeschichtung von Kreuzgittern oder hexagonalen Gittern zu hohe Justageanforderungen hätte. Die Ausbreitungsrichtung der Beschichtungsc- luster variiert über die Substratfläche. Der Schattenwurf kann in erster Näherung wie der Schattenwurf einer Punktlichtquelle betrachtet werden. Da jedoch der Abstand zwischen Quelle und Substrat in einer Vakuumapparatur nicht beliebig groß gewählt werden kann, ist eine lokale Änderung der Ausbreitungsrichtung nicht zu vermeiden. Daher eignen sich als selbstjustierende Masken für die Schrägbeschichtung nur Oberflächenreliefs, die wie im Falle des Liniengitters tolerant gegenüber einer Änderung der Ausbreitungsrichtung der Beschichtungscluster sind.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen von Mikrolochstrukturen anzugeben, das kostengünstig ist und minimale Lochabmessungen bis zu 0,1 μm ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Durch die Bildung eines Substrats mit einer Relief- Struktur auf einer Oberfläche und Schrägbeschichtung der Reliefstruktur mit dem Material der Mikroloch- Struktur wird das Substrat selbst als Maske verwendet, so dass insoweit keine Justierung erforderlich ist ("SelbstJustierung") und daher hiermit verbundene Ungenauigkeiten vermieden werden. Es ist dadurch mög- lieh, auf industriellem Wege Lochabmessungen bis herunter auf 0,1 um zu erhalten.
Für die Erzielung der gewünschten Ausbildung als Mik- rolochstruktur ist es erforderlich, dass die Relief- Struktur ein zusammenhängendes Netz aus ersten Oberflächenteilen, deren lokale Flächen-normalen-Vektoren mit dem Einheitsvektor der Oberfläche einen kleinen Winkel einschließen, und zwischen den ersten Oberflächenteilen zweite Oberflachenteile, deren lokale Flä- chennormalenvektoren mit dem Richtungsvektor der Beschichtung einen kleinen Winkel einschließen, aufweist .
Eine besondere Wirtschaftlichkeit, des Verfahrens er- gibt sich dann, wenn die Reliefstruktur des Substrats durch Replikation einer Originalstruktur gebildet wird. Dabei wird die Originalstruktur vorzugsweise durch ein photolithografisches Verfahren, insbesondere durch Interferenzlithografie gebildet und durch galvanische Abformung ein Prägestempel hiervon hergestellt. Durch einen anschließenden Prozess wie Prägen oder Gießen kann die ReliefStruktur auf eine Vielzahl von Substraten kopiert werden. Bevorzugte Materialien, in die das Relief repliziert werden kann, sind Kunststoffe, Sol-Gel-Schichten und Glas.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 die Ausbildung einer ReliefStruktur mit ke- gelstumpfförmigen Erhebungen auf einer Substratoberfläche,
Fig. 2 die Wirkungsweise der Schrägbeschichtung bei der ReliefStruktur nach Fig. 1,
Fig. 3 die Wirkungsweise der Schrägbeschichtung bei einer ReliefStruktur mit kegelstumpfförmigen Vertiefungen,
Fig. 4 eine metallische Mikrolochstruktur zur Filterung von Infrarotstrahlung, und
Fig. 5 den Prozessablauf bei der Herstellung einer Mikrolochstruktur für die Feinfiltration von
Flüssigkeiten.
Die Schrägbeschichtung weist eine Vorzugsbeschich- tungsrichtung auf. Diese wird im Fall der bekannten Schrägbeschichtung von linearen Strukturen senkrecht zur Richtung der Translationsin'varianz gewählt. Für die Schrägbeschichtung zur Erzeugung von Lochstrukturen gibt es die neue Anforderung, dass der Schattenwurf des erhabenen Teils der Oberflächenstruktur nicht zu einer Unterbrechung der das Loch umgebenden Stegstruktur führt. Dies kann durch verschiedene Ausführungen des Oberflächenreliefs gewährleistet sein:
A) Eine Anordnung von quader-, zylinder- und kegel- stumpfförmigen sowie ähnlichen Erhebungen auf einer ebenen oder annähernd ebenen Fläche. Bei dieser Anordnung müssen die Strukturhöhen und die Einfallsrichtung des Beschichtungsmaterials sehr genau aufeinander abgestimmt sein, d.h., diese Anordnung ist justageempfindlich. Änderungen in der Beschichtungsrichtung führen schnell zu einer Änderung der Lochform.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer derartigen Anordnung, bei der die Erhebungen kegelstumpfförmig sind. Fig. 2 gibt schematisch die Schrägbeschichtung dieser Anordnung wieder, aus der die beschichteten Bereiche 1 und die im Schatten der Erhebungen liegenden, nicht beschichteten Bereiche 2 ersichtlich sind.
B) Das Negativ des Oberflächenreliefs aus A) : Vertiefungen in einer ebenen oder annähernd ebenen Fläche. Diese Anordnung ist wesentlich vorteilhafter als Anordnung A) . Allerdings werden Teile der Wand der Vertiefung mitbeschichtet. Diese
ReliefStruktur kann durch Replikation einer Originalstruktur in der Ausbildung der Anordnung A) erhalten werden. Fig. 3 zeigt schematisch die Schrägbeschichtung der Anordnung B) .
C) Ein kontinuierliches Oberflächenrelief, das in einer Richtung (x-Richtung) betrachtet abwechselnd stark und schwach moduliert ist und in der dazu senkrechten Richtung (y-Richtung) Stege in kürzeren Abständen aufweist. Bei Schrägbeschichtung in x-Richtung werden die schwach modulierten Bereiche vollständig beschichtet. Die Stege in y-Richtung erzeugen durch Schattenwurf bei der Schrägbeschichtung die Lochstrukturen. Je elongierter die Lochstrukturen sind, desto unempfindlicher ist die Struktur gegenüber Justa- gefehlern bei der Schrägbeschichtung.
Fig. 4 zeigt in der Draufsicht eine metallische Mikrolochstruktur zur Filterung von Infrarotstrahlung, die durch Schrägbeschichtung einer derartigen ReliefStruktur erhalten wurde.
Für die drei genannten Ausbildungen A) , B) und C) des Oberflächenreliefs gelten die beiden folgenden Bedin- gungen unter der Annahme, dass sich diese in einer x- y-Ebene erstrecken.
Bedingung 1: Die Struktur muss ein zusammenhängendes Netz an Flächenteilen aufweisen, deren lokale Flä- chennormalenvektoren n mit dem Einheitsvektor z senkrecht zur x-y-Ebene einen kleinen Winkel einschließen: n « z (Beschichtete Bereiche) .
Bedingung 2: Die Struktur muss zwischen dem Netz aus Bedingung 1 möglichst große Flächenteile aufweisen, deren lokale Flachennormalenvektoren n mit dem Richtungsvektor der Beschichtung b einen kleinen Winkel einschließen: n « b (Nicht beschichtete bzw. verschattende Bereiche) .
Elongierte Strukturen sind besonders günstig, da es dabei besonders große Flächenteile gibt, die Bedingung 2 erfüllen. Außerdem sind geblazte Strukturen besonders günstig, da bei deren steiler Flanke n und b einen besonders kleinen Winkel einschließen, wenn die steile Flanke von der Beschichtungsquelle abgewandt ist.
Die Oberflächenreliefs A) - C) können durch Interfe- renzlithographie besonders effizient hergestellt werden. Das Relief A) kann unter Benutzung eines Posi- tiv-Photoresists hergestellt werden. Durch einfaches Umkopieren durch galvanische oder andere Replikati- onsprozesse entsteht die günstigere Struktur B) . Eine ähnliche Struktur wie B) z.B in hexagonaler Anordnung kann auch durch Interferenzlithographie mit drei oder mehr einfallenden Wellen hergestellt werden. Elon- gierte Löcher gemäß Strukturtyp C) können sehr gut durch Doppelbelichtungen mit zwischenzeitlicher Drehung des Probenhalters um 1° - 85° hergestellt wer- den. Bei einem Drehwinkel von 1° ist die Elongation sehr groß, bei einem Drehwinkel von 85° ist die Elongation gering.
Im Folgenden wird die Herstellung von durch Schrägbe- Schichtung erhaltenen Mikrolochstrukturen für unterschiedliche Anwendungszwecke beschrieben.
1. Herstellung von Filtern für Infrarotstrahlung
Ein geeignetes Oberflächenrelief wird in für Infrarotstrahlung transparentes Polyethylen (PE) oder Po- lytetrafluorethylen (PTFE) repliziert und mit einem Metall hoher Leitfähigkeit, z.B. Gold, schrägbeschichtet. Nach der Schrägbeschichtung ist der Filter funktionsfähig. Die Wellenlänge der Peaktransmission wird durch die Lochdimensionen und die Brechzahl des Loches bestimmt, die Polarisationsabhängigkeit von der Lochform. Ein auf diese Weise erhaltener Filter ist in Fig. 4 gezeigt, in der das schrägbeschichtete Oberflächenrelief so abgebildet ist, dass nur das Metallgitter zu sehen ist. Nach der Schrägbeschichtung kann eine IR-transparente Schutzbeschichtung appli- ziert werden. Dadurch ändert sich die Wellenlänge der Peaktransmission.
2. Mikrolochstrukturen zur Feinfiltration von Flüssigkeiten
Bei der Herstellung von Mikrolochstrukturen zur Fein- filtration von Flüssigkeiten müssen Vorkehrungen zur mechanischen Verstärkung der schrägbeschichteten Siebstruktur getroffen werden. Dies erfolgt durch galvanische Verstärkung des Mikrosiebs und durch Aufbringen eines Stützgitters. Das Stützgitter kann entweder direkt auf dem Mikrosieb generiert werden oder separat davon und dann auf das Mikrosieb aufgebracht werden. Im ersten Fall ist die Strukturierung des Stützgitters besonders wirtschaftlich durch Druckprozesse realisierbar. Es kann erforderlich sein, das Stützgitter auch galvanisch zu fertigen. In diesem Fall wird die Negativstruktur des Stützgitters gedruckt. In Fig. 5 ist ein beispielhafter Prozessablauf mit zwei Galvanikschritten dargestellt.
Hierin zeigt a) das mit der Oberflächenstruktur ver- sehene Substrat 3; b) gibt dieses nach der Schrägbeschichtung mit einem Metall 4 wieder; und c) stellt die Anordnung nach der galvanischen Verstärkung des Beschichtungs aterials mit Nickel 5 dar. In d) ist die Anordnung mit der aus organischem Material beste- henden Negativstruktur 6 des Stützgitters bedruckt, und e) zeigt die Anordnung nach einer weiteren galvanischen Behandlung mit Nickel, bei der das Stützgitter 7 gebildet wurde. In f) ist das fertige Sieb dargestellt, bei dem die organischen Bestandteile, nämlich das Substrat 3 und die
Negativstruktur 6 des Stützgitters 7, entfernt wurden.
Alternativ ist es auch möglich, das Stützgitter selbst aufzudrucken.
3. Herstellung von Mikrolochstrukturen zur Abschirmung elektromagnetischer Strahlung
Mikrolochstrukturen zur Abschirmung unerwünschter e- lektromagnetischer Strahlung werden oft auf Glasoberflächen, z.B. Abdeckgläsern von Plasmadisplays, benö- tigt. Die wesentliche Funktion der Mikrolochstruktur ist, eine sehr gute DC-Leitfähigkeit bei guter visueller Transmission zu erreichen. Die zusätzliche Aufgabe, die bei diesem Ausführungsbeispiel gestellt ist, ist die Übertragung der Mikrolochstruktur auf die Glasplatte. Dies wird durch zwei Varianten gelöst. In der ersten Variante wird die Glasplatte an der Oberfläche so funktionalisiert, dass die metallische Mikrolochstruktur an der Glasoberfläche besser haftet als an dem als Transferfolie dienenden, schrägbeschichteten Substrat. Diese Funktionalisie- rung kann auch in Form einer Vakuumbeschichtung, eines Lackes oder einer Sol-Gel-Schicht ausgebildet sein. Nach der Übertragung der Mikrolochstruktur kann diese beschichtet werden. Diese Variante hat den Vorteil, dass die Mikrolochstruktur weitgehend resistent gegenüber chemischen oder physikalischen Angriffen ist. Die zweite Variante ist die Lamination des schrägbeschichteten Substrats auf der Glasscheibe. Für diese Anwendung sind Materialien mit großer Leitfähigkeit (z.B. Metalle) besonders geeignet.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen von Mikrolochstrukturen, bei dem eine Reliefstruktur auf einer Oberfläche eines Substrats mit dem Material der Mik- rolochstruktur schräg beschichtet wird, wobei eine ReliefStruktur aus einem zusammenhängenden Netz aus ersten Oberflächenteilen, deren lokale Flachennormalenvektoren mit dem Einheitsvektor der Oberfläche einen kleinen Winkel einschlie- ßen, und aus von den ersten Oberflächenteilen umgebenen zweiten Oberflächenteilen, deren lokale Flachennormalenvektoren mit dem Richtungsvektor der Beschichtung einen kleinen Winkel einschließen, verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch .1, dadurch gekennzeichnet, dass die ReliefStruktur des Substrats Zylinder-, kegelstumpf- oder quaderförmige Erhebungen auf einer zumindest angenähert ebenen Fläche aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ReliefStruktur des Substrats Zylinder-, kegelstumpf- oder quaderförmige Vertiefungen in einer zumindest angenähert ebenen Fläche aufweist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ReliefStruktur des Substrats durch Replikation einer Originalstruktur gebildet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ReliefStruktur des Substrats oder die Originalstruktur durch ein fotolithografisches Verfahren gebildet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ReliefStruktur des Substrats oder die Originalstruktur durch Interferenzlithografie gebildet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich- net, dass die ReliefStruktur des Substrats oder die Originalstruktur durch ein interferenzlitho- grafisches Verfahren mit Mehrfachbelichtung unter verschiedenen Winkeln gebildet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da- durch gekennzeichnet, dass zur Herstellung einer
Mikrolochstruktur für die Strahlenfilterung ein Substrat verwendet wird, das für elektromagnetische Strahlung eines bestimmten Frequenzbereichs transparent ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung eines Mikrosiebes für die Feinfiltration das schrägbeschichtete Substrat auf der Beschichtungsseite mit einem grobmaschigen Stützgitter versehen und anschließend das Substratmaterial entfernt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das grobmaschige Stützgitter durch selektive galvanische Verstärkung hergestellt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung einer Mikrolochstruktur für die Abschirmung elektro- magnetischer Strahlung das durch Schrägbeschichtung aufgebrachte Material der Mikrolochstruktur von dem Substrat auf eine Glasoberfläche übertragen wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung einer Mikrolochstruktur für die Abschirmes elektromagnetischer Strahlung das mit dem Material der Mikrolochstruktur schräg beschichtete Substrat auf eine Glasoberfläche laminiert wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Mikrolochstruktur ein Metall ist.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich- "net, dass das durch Schrägbeschichtung aufgebrachte Material der Mikrolochstruktur galvanisch verstärkt wird.
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