專(zhuān)利名稱(chēng)：用于在襯底上沉積至少一個(gè)導(dǎo)電膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在襯底上沉積至少一個(gè)導(dǎo)電膜的方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體制造和微機(jī)械加工中的許多工藝步驟需要以受控且精確的方式在表面上沉積金屬薄膜。在OLED技術(shù)中，薄導(dǎo)電膜-也稱(chēng)為互連-覆蓋襯底的整個(gè)表面的約10%。一種用于沉積薄金屬膜的方法在襯底表面之上利用有機(jī)金屬氣體的激光-熱或光-分解。這種連續(xù)的激光-熱方法當(dāng)前用于一些金屬化應(yīng)用，然而，實(shí)踐中它經(jīng)受至少三個(gè)不利條件。首先，在襯底之上以氣相產(chǎn)生的金屬原子傾向于遠(yuǎn)離分解區(qū)域而遍布在表面上。第二，所述工藝相對(duì)較慢。第三，僅僅可以使用具有合適的有機(jī)金屬氣體的那些金屬。 這些問(wèn)題使得對(duì)于許多微電子和微結(jié)構(gòu)化應(yīng)用而言通過(guò)此方法實(shí)現(xiàn)快速、精確的金屬化是不切實(shí)際的。此外，該方法本身具有要求安全處理和清理一些有毒有機(jī)金屬氣體和結(jié)構(gòu)的相關(guān)的環(huán)境問(wèn)題。在另一方法中，整個(gè)襯底表面使用濺射方法被涂覆導(dǎo)電膜材料。然后利用濕化學(xué)蝕刻或燒蝕激光方法來(lái)在襯底上暴露所希望的薄膜幾何形狀。然而，所使用的蝕刻溶液在毒物學(xué)和環(huán)境保護(hù)方面存在問(wèn)題，且正如沉積在機(jī)器部件上的互連材料的比例 (proportions)，其可能很難再重復(fù)利用。用于在表面上產(chǎn)生電互連的另一種方法是通過(guò)噴墨方法以散布形式施加的納米粒子的激光燒結(jié)。到目前為止，在OLED技術(shù)中利用這種方法的不論是結(jié)構(gòu)尺寸和幾何形狀還是工藝速度都不適合工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)。此外，在激光工藝期間熱誘發(fā)的破裂會(huì)損壞襯底。

發(fā)明內(nèi)容
因而，為其目的本發(fā)明必須消除上述缺點(diǎn)。尤其是，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種在襯底上產(chǎn)生導(dǎo)電膜的方法，使得生產(chǎn)具有小于100 μ m的寬度和具有幾百mm長(zhǎng)度的這些結(jié)構(gòu)時(shí)大規(guī)模的生產(chǎn)成為可能。此目的通過(guò)如本發(fā)明的權(quán)利要求1所教導(dǎo)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。所述方法的有利實(shí)施例被限定在從屬權(quán)利要求、下面的描述或示例性實(shí)施例中。本發(fā)明公開(kāi)了一種用于在襯底上沉積至少一個(gè)導(dǎo)電膜的方法，包括步驟-選擇膜材料層，其中所述層包括處于前面上的掩模且其中所述層和所述掩模是整體的，-將所述層的前面安置到襯底上，-將至少一個(gè)激光脈沖施加到所述層的后面上，以便熔化且汽化至少部分所述層， 從而使熔化的液滴朝向所述襯底推進(jìn)且沉積在其上，由此形成所述膜，其中所述掩模的至少一個(gè)槽限定所述熔化的液滴的分布。本發(fā)明的主要思想是使用包括掩模的膜材料層，其中所述層和所述掩模是整體的。掩模用來(lái)限定熔化的液滴的分布且因此限定沉積到襯底上的導(dǎo)電膜的尺寸。掩模形成該層的前面。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，掩模包括接觸區(qū)和槽。當(dāng)將所述層安置到襯底上時(shí)， 接觸區(qū)與襯底直接接觸。槽形成在層中以便限定所述熔化的液滴的分布。通過(guò)從后面施加到層上的激光脈沖來(lái)完成熔化和汽化本身。由于激光脈沖的能量轉(zhuǎn)移到層的后面上，所以所述層被熔化且汽化，并且因而通過(guò)在內(nèi)部形成的沖擊波將熔化的液滴朝向襯底推進(jìn)。為了在蒸發(fā)期間形成壓力波，必須在層中沉積僅僅足夠的能量密度。在本發(fā)明的上下文中，膜也表示襯底上的導(dǎo)電材料的紋理或結(jié)構(gòu)。由于此方法的附加特性的原因，節(jié)省了材料。未使用的材料可以重復(fù)利用。可以在環(huán)境空氣中執(zhí)行本方法從而不需要高真空工藝。此外，節(jié)省了清理成本，因?yàn)椴槐厥褂梦g刻溶液。因而本方法能以節(jié)約資源和成本有效的方式用于大規(guī)模生產(chǎn)，因?yàn)樗彩沟迷诨ミB的生產(chǎn)期間激光束的高供給速度或掃描速度成為可能。所提出的方法不僅僅能用于制造導(dǎo)電膜，其也可以用于制造其它類(lèi)型的材料線(xiàn)。 在下文中，參考導(dǎo)電膜來(lái)更詳細(xì)地解釋本發(fā)明，但是所述方法并不限于這樣的導(dǎo)電膜。顯然，所述方法不限于將導(dǎo)電材料作為線(xiàn)材料。在有利實(shí)施例中所述方法的所述施加的步驟還包括-熔化且汽化至少部分層，-產(chǎn)生朝襯底擴(kuò)展的沖擊波，-形成朝向?qū)拥膬?nèi)部壓力波，以及-將熔化的液滴朝向所述襯底推進(jìn)。通過(guò)誘發(fā)的激光束能量將層材料部分地熔化且汽化。當(dāng)材料蒸發(fā)時(shí)，從熔化表面出現(xiàn)沖擊波且該沖擊波在熔化液上方留下真空，其誘發(fā)了引向熔融表面的相反內(nèi)部壓力波。碰撞時(shí)，液滴被撞擊清除出熔融層且部分地被拋到襯底的表面上，在此它們立即凝固。在層的前面上的構(gòu)造形成掩模，所述掩模疏導(dǎo)(canalise)蒸汽-熔體-流 (vapour-melt-stream)以便在襯底表面上形成期望的限定的結(jié)構(gòu)，例如導(dǎo)電線(xiàn)。由于此結(jié)構(gòu)是掩模結(jié)構(gòu)的直接再現(xiàn)，因此可以在襯底上再現(xiàn)寬度小于100 μ m的精細(xì)導(dǎo)電紋理。通過(guò)調(diào)整激光處理參數(shù)，例如激光功率、光束直徑、脈沖持續(xù)時(shí)間、脈沖重復(fù)、掃描速度等，切割前沿被設(shè)置為具有一定的角度，其抑制激光輻射撞擊表面且破壞它。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括步驟通過(guò)膜材料的汽化層形成沖擊波。激光脈沖蒸發(fā)一部分層，這產(chǎn)生向襯底擴(kuò)展的沖擊波。蒸發(fā)導(dǎo)致汽化層的氣體的釋放， 其擴(kuò)展且由此形成沖擊波。在沖擊波的邊界內(nèi)產(chǎn)生真空，這實(shí)質(zhì)上產(chǎn)生指向沖擊波的起點(diǎn)的壓力波。一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的特征在于，順序且鄰近地施加多個(gè)激光脈沖，優(yōu)選地是，多個(gè)激光脈沖在槽的上方沿層移動(dòng)。激光脈沖可以以定義的供給速度沿層移動(dòng)。一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的特征在于，-將一個(gè)和/或多個(gè)激光脈沖施加到層形成了切割邊緣，其中切割邊緣包括相對(duì)于層的后面的切割角θ，其中30°彡θ彡70°。所述層設(shè)有槽，并且以其前面置于襯底上且在后續(xù)激光處理期間被按壓到襯底上。然后將激光束和/或激光脈沖以膜的層材料局部熔化的方式從后面施加到層。在襯底上沉積導(dǎo)電膜的工藝期間，移動(dòng)激光脈沖在層上的位置。激光脈沖的位置改變的速度稱(chēng)為供給速度，且可以在lmm/sec至lOOOOmm/sec之間。由于激光脈沖和/或光束的這種移動(dòng)的原因，建立了切割邊緣。將激光脈沖施加至層導(dǎo)致層材料的熔化和/或蒸發(fā)，同時(shí)激光脈沖向前移動(dòng)至切割邊緣的角度。此角度應(yīng)當(dāng)以這種方式選擇，即-激光脈沖不損害襯底，以及-被推進(jìn)的熔化的液滴撞擊襯底。如測(cè)量所顯示的，甚至更優(yōu)選實(shí)施例的切割邊緣包括相對(duì)于層的后面的切割角 θ，其中45°彡θ彡60°。采用所提出的方法，在襯底上提供層材料以用于制造作為膜的電互連。因而，層材料包括具有結(jié)構(gòu)化的前面的掩模，形成一個(gè)或多個(gè)槽。層和/或掩模和/或槽的構(gòu)造例如可以采用機(jī)械工具來(lái)實(shí)現(xiàn)。然而，顯然本發(fā)明并不限于這些槽的產(chǎn)生類(lèi)型。槽和/或掩模自身優(yōu)選具有矩形橫截面。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，以避免直接輻射襯底的方式來(lái)調(diào)整層后面上的激光束直徑和/或激光輸出參數(shù)。因而，防止了激光對(duì)襯底的直接輻射。因而襯底不會(huì)被激光脈沖損害。通過(guò)調(diào)整激光束直徑和/或激光的輸出參數(shù)，防止了激光束將能量注入進(jìn)沉積到襯底上的膜中。因此，防止了膜可能再次蒸發(fā)和損害膜的結(jié)構(gòu)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，襯底是OLED襯底。如果OLED被用作襯底，則所述方法尤為有效，在所述OLED襯底上導(dǎo)電膜是有效的。所述目的通過(guò)膜材料層實(shí)現(xiàn)，其中層包括掩模且該層可根據(jù)所述方法中的任何一種使用。關(guān)于方法所描述的特征和細(xì)節(jié)也適用于系統(tǒng)，反之亦然。所述目的也通過(guò)用于在襯底上沉積至少一個(gè)導(dǎo)電膜的系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述系統(tǒng)包括激光器和膜材料層，其中所述系統(tǒng)根據(jù)所述方法中的任意一種工作。關(guān)于方法所描述的特征和細(xì)節(jié)也適用于系統(tǒng)，反之亦然。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，系統(tǒng)包括激光器，激光器是脈沖式的NchYVO4-激光器(摻釹正釩酸釔)。優(yōu)選地是，NchYVO4-激光器發(fā)射具有1064nm波長(zhǎng)的光。在另一個(gè)有利實(shí)施例中，系統(tǒng)的特征在于，激光器包括介于10和100瓦特之間、優(yōu)選地介于20和60瓦特之間的平均輸出功率。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，系統(tǒng)的特征在于，激光器包括介于20和200kHz 之間、優(yōu)選介于110和170kHz之間的激光脈沖重復(fù)率，優(yōu)選的是，激光器包括介于10至 100 μ m之間、優(yōu)選地介于20和50 μ m之間的激光束直徑。每個(gè)激光脈沖的長(zhǎng)度可以在40 和60ns之間。在所述實(shí)施例中，上述方法和/或膜層和/或系統(tǒng)以及根據(jù)本發(fā)明的要求保護(hù)的部件和要被使用的部件并不經(jīng)受關(guān)于尺寸、形狀和材料選擇的任何特定的例外。技術(shù)概念 (如在相關(guān)領(lǐng)域中是公知的選擇標(biāo)準(zhǔn))可以被應(yīng)用而沒(méi)有限制。本發(fā)明的目的的額外的細(xì)節(jié)、特征和優(yōu)點(diǎn)在從屬權(quán)利要求和以下對(duì)各個(gè)圖的描述中公開(kāi)，其中各個(gè)圖僅僅是示例性方式且示出了根據(jù)本發(fā)明的方法和/或膜層和/或系統(tǒng)的多個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。


在下文中通過(guò)結(jié)合附圖借助于示例性實(shí)施例更詳細(xì)地再次闡釋所提出的方法。所述方法以圖示示出圖1是層的實(shí)例，其中產(chǎn)生槽，圖2是具有掩模的包括槽的圖1的層的實(shí)例，
圖3是施加到表面上的層的表示，圖4是圖3的垂直橫截面圖，從該垂直橫截面圖可見(jiàn)切割邊緣很明顯，圖5是本發(fā)明方法的步驟的示意圖，以及圖6是襯底上被施加的膜在頂視圖和橫截面圖中的示意。下文中通過(guò)實(shí)例的方式再次解釋所提出的方法，其中將銅膜施加到玻璃襯底30。在圖1中示出了膜材料層10。本方法的目的在于沉積至少部分的這種膜材料至襯底30上。為了達(dá)到這個(gè)目的，在層10中嵌入槽45。在此實(shí)例中可以使用45 μ m厚的銅層10。隨后利用機(jī)械工具140(例如具有金剛石尖點(diǎn)的工具)處理此銅層10，以便在銅層的前面制造具有寬度和將被施加的膜的線(xiàn)路的槽45。在此實(shí)例中，槽45可以包括80 μ m的槽寬度46和25 μ m的槽深度。在本發(fā)明的上下文中，膜也表示襯底上的導(dǎo)電材料的紋理或結(jié)構(gòu)。在圖2中示出了具有嵌入的槽45的層10。在圖2的左側(cè)示出了層10的前面11 的視圖。在層10的中間，槽45已經(jīng)實(shí)現(xiàn)在層10中。在圖2的右側(cè)示出了具有其槽45的層10的橫截面圖。層10包括前面11。未被機(jī)械工具140去除的前面11的部分形成掩模 40。此掩模40將被放在襯底30上，導(dǎo)電膜20將被施加到該襯底上。在橫截面圖中槽45 的優(yōu)選的矩形橫截面形狀是明顯的。在這一實(shí)例中僅僅示出了具有用于產(chǎn)生膜20的直線(xiàn)線(xiàn)路的槽45。然而，顯然可以用本方法在層10的前面產(chǎn)生任何槽結(jié)構(gòu)以及因而可以產(chǎn)生任何膜結(jié)構(gòu)。層10以/可以以前面11置于玻璃襯底30上的方式被放置，在該襯底上將產(chǎn)生膜。然后沿槽45將激光脈沖120和/或激光束施加到層10的后面，通過(guò)該槽層10的銅材料轉(zhuǎn)移到玻璃襯底30上。所施加的膜20的形狀(即該工藝中的寬度和線(xiàn)路)由用作掩模 40的層10的前面11上的槽45的形狀來(lái)限定。這在圖3中被示意性地示出。為了在襯底30上形成膜20，應(yīng)用下述步驟-使用包括處于前面11上的掩模40的層10，且其中層10和掩模40是整體的，-將層10的前面11安置到襯底30上，-熔化和/或蒸發(fā)和/或汽化至少部分層10，-產(chǎn)生朝向襯底30擴(kuò)展的沖擊波150，-朝向?qū)?0形成內(nèi)部壓力波155，-將熔化的液滴110朝向所述襯底30推進(jìn)，以及-將所述熔化的液滴110沉積到所述襯底30上，形成膜20，其中掩模40的至少一個(gè)槽45限定所述熔化的液滴110的分布。此方法具有如下優(yōu)點(diǎn)，即，其能在環(huán)境空氣中執(zhí)行。因此不需要真空以將導(dǎo)電膜沉積到層上。圖4示出了具有槽45的層10的橫截面圖示，其中激光束的燒蝕工藝是明顯的。激光脈沖120在箭頭所指示的方向上移動(dòng)。因而，通過(guò)適當(dāng)設(shè)定供給速度、平均激光輸出參數(shù)和光束直徑(本實(shí)例中其具有大約45°的切割角θ )，在層10的表面上產(chǎn)生切割邊緣130。 使用這一切割角131，激光束120并不損害玻璃襯底的表面。將膜材料施加到玻璃襯底30上的原理借助圖5的圖示更詳細(xì)地解釋。圖5描繪了圖4的層10的剖視圖，其中示出了平行于層10的切割邊緣130的部分。如部分圖如所示，通過(guò)由激光脈沖120引入的光能量熔化層材料10。這也在圖4中示出。此外，將熔化液 (melt bath) 100表面加熱至蒸發(fā)溫度。通過(guò)蒸發(fā)材料散發(fā)的沖擊波150 (參見(jiàn)圖5b)在材料表面上產(chǎn)生真空，由此形成相反的壓力波155(圖5c)。如果所述壓力波155撞擊熔化液 100，則熔化的液滴110噴射出層10的表面(圖5d)。這些熔化的液滴110在襯底表面上凝固且形成與襯底30的表面構(gòu)成粘性連接的導(dǎo)電接合，從而形成膜20。通過(guò)集成在層10中的掩模40，膜20在其幾何形狀方面被限定且可以在寬度上被調(diào)整成小于100 μ m。在這方面，圖6以頂視圖和橫截面圖示的方式示出了被沉積的膜20。在此實(shí)例中， 使用具有1064nm的波長(zhǎng)和高脈沖穩(wěn)定性的脈沖式的NchYVO4-激光器。通過(guò)將平均激光輸出設(shè)定為約40瓦特，脈沖重復(fù)率為130kHz以及焦距為30 μ m，能夠?qū)崿F(xiàn)用于產(chǎn)生銅膜的 1300-1400mm/s的供給速度。膜的最終面積電阻等于0. 05 Ω/sq且因而足夠用于OLED應(yīng)用。如果使用約35 μ m厚度的鋁層，優(yōu)選將平均激光輸出設(shè)定成約40瓦特以及將脈沖重復(fù)率設(shè)定成150kHz。能夠?qū)崿F(xiàn)用于產(chǎn)生膜的M00-2700mm/s的供給速度。顯然，平均激光輸出、脈沖重復(fù)率、焦點(diǎn)中的光束直徑以及供給速度的上述參數(shù)依賴(lài)于層材料、層厚度以及在某些情況下也依賴(lài)于層材料和掩模槽的幾何形狀的對(duì)準(zhǔn)。附圖標(biāo)記列表
10層
11層的前面
12后面
20導(dǎo)電膜
30襯底
40掩模
45槽
46槽寬度
100熔化液
110熔化的液滴
120激光脈沖
125激光束直徑
130切割邊緣
131切割角
140機(jī)械工具
150沖擊波
155壓力波
權(quán)利要求
1.一種用于在襯底(30)上沉積至少一個(gè)導(dǎo)電膜00)的方法， 包括步驟-選擇膜材料層(10)，其中所述層(10)包括位于前面(11)上的掩模GO)且其中所述層(10)和所述掩模(40)是整體的，-將所述層(10)的所述前面(11)安置在所述襯底(30)上，-將至少一個(gè)激光脈沖(120)施加到所述層(10)的后面(1 上，以便熔化且汽化至少部分所述層(10)從而使熔化的液滴(110)朝向所述襯底(30)推進(jìn)且沉積在所述襯底 (30)上，由此形成所述膜(20)，其中所述掩模00)的至少一個(gè)槽0 限定所述熔化的液滴(110)的分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述施加的步驟還包括 -熔化且汽化至少部分所述層(10)， -產(chǎn)生朝向所述襯底(30)擴(kuò)展的沖擊波(150)， -朝向所述層(10)形成內(nèi)部壓力波(155)，以及 -將所述熔化的液滴(110)朝向所述襯底(30)推進(jìn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述沖擊波(150)由所述膜材料的汽化的層形成。
4.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，順序且鄰近地施加多個(gè)激光脈沖(120)，優(yōu)選地所述多個(gè)激光脈沖(120) 在所述槽GO上方沿所述層(10)移動(dòng)。
5.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法， 其特征在于，-將所述激光脈沖(120)施加到所述層(10)形成切割邊緣(130)，其中所述切割邊緣 (130)包括相對(duì)于所述層(10)的所述后面(12)的切割角θ (131),30°彡θ彡70°。
6.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，利用機(jī)械工具(140)在所述層(10)的所述前面(11)中產(chǎn)生所述掩模 (40)和/或所述槽(45)。
7.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述掩模GO)和/或所述槽0 包括矩形橫截面。
8.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，以避免直接輻射所述襯底的方式來(lái)調(diào)整所述層(10)的后面上的激光束直徑(125)和/或激光輸出。
9.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述襯底(30)是OLED襯底(30)。
10.一種膜材料層(10)，其特征在于，所述層(10)包括掩模GO)且所述層(10)可根據(jù)如權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的至少一種方法使用。
11.用于在襯底(30)上沉積至少一個(gè)導(dǎo)電膜00)的系統(tǒng)，包括激光器和膜材料層 (10)，其中所述系統(tǒng)如權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的來(lái)工作。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述激光器是脈沖式NchYVO4-激光器。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述激光器包括介于10和100瓦特之間、優(yōu)選介于20和60瓦特之間的輸出。
14.根據(jù)權(quán)利要求11至13中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述激光器包括介于20和200kHz之間、優(yōu)選介于110和170kHz之間的激光脈沖(120)重復(fù)率，優(yōu)選地所述激光器包括介于10和IOOym之間、優(yōu)選介于20和50 μ m 之間的激光束直徑(125)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在襯底(30)上沉積至少一個(gè)導(dǎo)電膜(20)的方法，包括步驟選擇膜材料層(10)，其中所述層(10)包括位于前面(11)上的掩模(40)且其中所述層(10)和所述掩模(40)是整體的，將所述層(10)的所述前面(11)安置在所述襯底(30)上，將至少一個(gè)激光脈沖(120)施加到所述層(10)的后面(12)上，以便熔化且汽化至少部分所述層(10)從而使熔化的液滴(110)朝向所述襯底(30)推進(jìn)且沉積在其上，由此形成所述膜(20)，其中所述掩模(40)的至少一個(gè)槽(45)限定所述熔化的液滴(110)的分布。
文檔編號(hào)C23C14/28GK102282693SQ201080004658
公開(kāi)日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2010年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月14日
發(fā)明者A·加塞爾, C·維德, D·伯特拉姆, E·W·A·揚(yáng), H·施瓦布, J·H·施托倫維爾克, J·克里恩, K·韋斯森巴赫, N·皮爾赫, 杰羅恩·H·A·M·范布爾 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司