Organische Schutzschicht für vakuumtechnisch bearbeitete Produkte
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Schutz eines vakuumtechnisch bearbeiteten Substrates oder vakuumtechnisch zu bearbeitenden Substrates vor physikalischen und/oder chemischen Einflüssen. Die Erfindung ist überall dort anwendbar, wo Produkte im Vakuum bearbeitet werden und ihre Oberfläche gegen Umwelteinwirkungen geschützt werden muß. Dies ist insbesondere im Bereich der Halbleiterfertigung, wie beispielsweise der aferfertigung oder der Herstellung von Solarzellen der Fall .
Die EP 0 481 266 AI beschreibt ein Verfahren zum Schutz einer mindestens auf einer ihrer Oberflächen mit einer Metallschicht versehenen Folie. Dazu wird die Metallschicht mit einer Schutzschicht bedeckt,
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Triazine wie Melamin und dergleichen lediglich eine Verdampfungstemperatur von ca. 200 °C. Aufgrund dieser niedrigen Aufdampftemperaturen kann eine derartige Schicht aus organischen Monomeren wieder im Vakuum entfernt werden, ohne eine darunterliegende anorganische Schicht aus Metallen, Halbleitern oder Oxiden, wie beispielsweise AI, SiOx, A10κ oder dergleichen zu beinflussen.
Damit ist es möglich, eine Schutzschicht aus organischen Monomeren wie oben beschrieben innerhalb derselben Vakuumanlage aufzudampfen und/oder abzudampfen, in der eine Oberflächenbehandlung des zugrundeliegenden Substrates durchgeführt wird. Diese Schutz- Schicht führt zu einer Passivierung der frisch erzeugten Oberfläche des Substrates.
Insbesondere ist das Substrat bzw. seine Oberfläche mit oder ohne ablösender Melaminschicht sehr gut verarbeitbar.
Dementsprechend ist es auch möglich, Substrate lediglich temporär, beispielweise für den Transport über Rollen oder auch den Transport durch eine äußere Atmosphäre zu schützen und anschließend nach Abdampfen der Schutzschicht aus organischen Monomeren im Vakuum dieses Substrat weiter vakuumtechnisch zu behandeln. Die Schutzschicht wird dabei ohne jegliche Rückstände entfernt, insbesondere wenn sie als Rein- Substanz aus einheitlichen Molekülen aufgebracht wurde .
Als Substrate sind dabei sämtliche flächigen Materialien als auch bahnförmige Materialien wie beispiels- weise Folien aus Polymeren wie beispielsweise Polyester, Polypropylen, Polyethylen, Polyamid, Polyimide,
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sehen Monomer-Schutzschichten stellen dabei zusätzlich selbst eine Gas- und Chemikalienbarriere dar, die das Substrat vor externen Einflüssen schützt. Diese Barriereeigenschaft kann verstärkt werden, wenn das Substrat selbst als Oberfläche eine weitere Barriereschicht wie beispielsweise AI, SiOx, A10κ oder dergleichen aufweist.
Die organische Schutzschicht schützt darunterliegende Schichten vor mechanischen Einflüssen. Dadurch ist es möglich, das Substrat zu transportieren. Vorteilhafterweise wird die organische Schutzschicht unmittelbar in derselben Kammer aufgetragen bzw. abgedampft, in der auch die vakuumtechnische Weiterbehandlung des Substrates erfolgt. Dadurch treten keine mechanischen Belastungen des Substrates auf und die Oberfläche des Substrates besitzt eine außergewöhnlich gute Qualität. Die erfindungsgemäße Schutzschicht ermöglicht es andererseits, die Bahngeschwindigkeit und damit die Verarbeitungsgeschwindigkeit des Substrates, beispielsweise einer Folie, zu erhöhen, da die Oberfläche des Substrates mechanisch belastbarer ist. Auch hängt die Oberflächenqualität des Substrates nicht mehr von der Güte der Oberfläche etwaiger außerhalb der Kammer bzw. vor dem Abdampfen oder nach dem Aufdampfen innerhalb der Kammer befindlichen Rollen zum Transport des bandförmigen Substratmaterials ab. Der Aufwand zur Herstellung einer derartigen Bedampfungsanlage sinkt aufgrund der geringeren Anforderung an die Qualität der Rollen und die Herstellungskosten einer derartigen Bedampfungsanlage verringern sich.
Vorteilhafterweise wird die organische Schutzschicht aufgetragen, bevor das vakuumtechnisch bearbeitete
Substrat über die erste Rolle geführt wird bzw. erst
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lung strukturiert abgedampft werden, beispielsweise lithographisch oder durch Laser, so daß dann lediglich ein Teil der Substratoberfl che für die vakuumtechnische Weiterbehandlung zur Verfügung steht. Diese vakuumtechnische Weiterbehandlung kann dann beispielsweise darin bestehen, daß dieses nur noch strukturiert partiell beschichtete Substrat einem Plasma, beispielsweise einem Sauerstoff- oder Ammoniakplasma ausgesetzt wird, wodurch sich beispielsweise eine strukturierte Oxidation oder Nitridierung des
Substrates ergibt. Insgesamt kann also die organische Schutzschicht auch eine Maskenfunktion bei der Weiterverarbeitung des Substrates erfüllen.
Zusammenfassend können mit den erfindungsgemäßen
Verfahren, die auf der Möglichkeit zum vakuumtechnischen Aufdampfen und Abdampfen der Schicht aus organischen Monomeren beruht, gegen chemische und/oder mechanische Umwelteinflüsse geschützte Waferrohlinge oder auch Solarzellen hergestellt werden.
Ein weiterer Anwendungsbereich besteht darin, daß gegen Oxidation geschützte Nanopartikel hergestellt werden können. Hierzu wird auf einem Substrat zuerst eine organische Schicht als Release-Schicht aus organischen Monomeren aufgetragen. Die organischen Mono- mere können dabei dieselben sein, wie die für die erfindungsgemäße organische Schutzschicht verwendeten Monomere . Daraufhin wird eine abzulösende Schicht, beispielsweise aus Aluminium aufgetragen und diese wiederum mit der erfindungsgemäßen organischen Schutzschicht bedeckt. Folglich wird die abzulösende Schicht oben und unten von der organischen Schicht eingeschlossen. Zum Ablösen der Aluminium-Schicht werden die organischen Schutzschichten, beipielsweise
sofern sie aus einer wasserlöslichen organischen Monomer besteht, durch Einwirken von Wasser teilweise aufgelöst. Dadurch löst sich die Aluminium-Schicht vom Untergrund, wobei jedoch auf beiden Seiten der Aluminiumschicht ein geringer Rest der organischen
Schichten als Schutzschichten haften bleibt. Dadurch wird die Oxidation der abgelösten Aluminiumpartikel, beispielsweise Nanopartikel, verhindert. Dieses Verfahren kann daher bei der Herstellung von Effektpig- enten oder von Nanopartikeln angewandt werden.
Im folgenden werden einige erfindungsgemäße Ausführungsformen beispielhaft beschrieben werden.
Es zeigt
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vakuumkammer;
Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Beschichtungsverfahren;
Fig. 3 ein erfindungsgemäßes Beschichtungs- und Verarbeitungsverfahren.
Fig. 1 zeigt eine Vakuumkammer mit einer ersten 'Beschichtungskammer 1, einer zweiten Beschichtungskammer 2, einem in der zweiten Beschichtungskammer 2 angeordneten ersten Verdampfer 3 und einem zweiten Verdampfer 4, der ebenfalls im Bereich der zweiten Beschichtungskammer 2 angeordnet ist. Die beiden Verdampfer 3 und 4 liegen einer Bedampfungs- walze 8 gegenüber, über die eine Folie 5 als Substrat geführt wird. Die Folie 5 wird von einer Walze 6 abgewickelt, über die Bedampfungswalze 8 geführt und anschließend auf eine Walze 7 aufgewickelt. Die
Bewegungsrichtung der Folie ist in Fig. 1 durch den
Pfeil bezeichnet.
Erfindungsgemäß wird die Folie 5 von der Abwickelwalze 6 abgewickelt und um die Bedampfungswalze 8 geführt. Dabei wird die Folie zuerst vakuumtechnisch beschichtet, beispielsweise mit einer Aluminium- Schicht als Barriereschicht . Anschließend wird die Folie während des Umlaufs um die Bedampfungswalze 8 mit Melamin aus dem zweiten Verdampfer 4 beschichtet, so daß sie anschließend auf die Aufwickelwalze 7 aufgewickelt wird. Da die Aluminium-Schicht nunmehr durch eine Melaminschicht bedeckt und geschützt ist, können Reibungen zwischen den einzelnen Lagen der Folie auf der Aufwickelrolle 7 keine Beschädigung der Aluminiumbeschichtung verursachen.
Fig. 2 zeigt Verfahren zur erfindungsgemäßen Beschichtung und Verarbeitung einer Folie 5 als Substrat. In dieser Figur wurden dieselben Elemente mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. In diesem Falle wird jedoch eine Folie 5 um die Bedampfungswalze 8 geführt und anschließend zu weiteren Verarbeitungsschritten über Umlenkrollen 9 und 10 abtransportiert. Beim Umlauf um die Bedampfungswalze 8 wird zuerst die vakuumtechnische Beschichtung, beispielsweise mit Aluminium aus dem Verdampfer 3 aufgetragen woraufhin anschließend, noch vor dem Lauf der Folie 5 über die erste Umlenkrolle 9 mit einer Melaminschicht aus dem zweiten Verdampfer 4 versehen wird. Damit ist die Aluminium-Schicht auf der Folie 5 gegen jegliche Beschädigung und Kratzer durch die Umlenkrolle 9 geschützt. Insbesondere können folgliche Umlenkrollen 9 verwendet werden, deren Oberflächeneigenschaften niedrigeren Anforderungen entsprechen. Weiterhin ergibt sich vorteilhaft eine höhere Foliengeschwindigkeit und damit höhere Produktivität der Bedamp-
fungsanlage. Damit ergeben sich bei der Herstellung und beim Betrieb derartiger Beschichtungsanlagen große Kostenvorteile und Wirtschaftlichkeitsvorteile. Im Gegensatz zu dem in Fig. 2a dargestellten Ver- fahren erfolgt in Fig. 2b die Beschichtung mit
Melamin als Schutzschicht erst nachdem die Folie 5 über die Umlenkrolle 9 gelaufen ist. In diesem Falle muß zwar die Umlenkrolle 9 von hoher Güte sein, die Folie und die sich darauf befindende vakuumtechnische Beschichtung aus dem Verdampfer 3 ist jedoch im weiteren Verarbeitungsprozeß gegen mechanische oder chemische Einflüsse geschützt. Folglich kann beispielsweise diese Folie auf die äußere Atmosphäre gebracht werden, ohne daß sofort die Aluminium- Schicht durchoxidiert aufgrund Kontakt mit Luft- Sauerstoff, insbesondere bei zusätzlicher Anwesenheit von Luftfeuchtigkeit. Denn Melamin ist eine gute Sauerstoffbarriere. Daher kann nun die Folie 5 beliebig außerhalb der Vakuumkammer transportiert werden und auch nach längerer Lagerungszeit weiterverarbeitet werden. Beispielsweise kann die Folie 5 nach dem Transport der Lagerung in eine weitere Vakuumkammer eingebracht werden, dort das Melamin bei ca. 200 °C abgedampft werden und anschließend die noch unoxidierte und mechanisch unbeschädigte Aluminium- Schicht weiterbearbeitet oder beschichtet werden.
Fig. 3 zeigt die Verwendung einer erfindungsgemäßen Schutzschicht als Maske für die weitere Verarbeitung eines Substrates. In Fig. 3a ist ein Substrat 11 aus Silizium mit einer auf seiner Oberfläche befindlichen Schutzschicht 12 aus Melamin dargestellt. In Fig. 3b ist dargestellt, wie die Schutzschicht 12 aus Melamin partiell abgetragen wird, so daß eine strukturierte Schutzschicht entsteht. In Fig. 3c wird dann dieses Substrat mit der partiellen Schutzschicht 12 aus
Melamin der weiteren Verarbeitung unterzogen, beispielsweise einer Plasmabeschichtung, um lediglich die nicht von der Schutzschicht 12 bedeckten Oberflächenbereiche des Substrates 11 direkt zu behandeln, beispielsweise zu beschichten.