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 Leit- fähigkeit auf. Zur Feinfiltration sind metallische und nichtmetallische Werkstoffe geeignet. Da Mikro- lochstrukturen mit sehr dünnen Stegen freitragend ei- ne für die Filtration zu geringe mechanische Stabili- tät aufweisen, werden diese von einem zweiten, bezüg- lich der Loch-und Stegabmessungen wesentlich größe- ren Gitter gestützt. Für die Strahlungsfilterung kön- nen sich die Lochstrukturen auf einem Substrat befin-

den, das in dem für die Filterung interessanten Wel- lenlängenbereich 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 um bis 100 um. Insbesondere die Herstellung von Mikroloch- strukturen mit typischen Lochabmessungen in zumindest einer Richtung von 0, 1-5 um ist bisher sehr aufwen- dig, da hierfür teure Strukturierungsverfahren wie das LIGA-Verfahren oder die Photolithographie und In- terferenzlithographie in Verbindung mit Ätz-oder Lift-Off-Techniken eingesetzt werden müssen.

Lochstrukturen mit minimalen Lochabmessungen von > ca. 1 um können im Labor photolithographisch durch Kontaktbelichtung gebildet werden. Hierbei wird zu- erst eine Maske durch Elektronenstrahlschreiben her- gestellt. 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. Da- durch 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 be- schichtet 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 muss 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 um einge- setzt werden kann, da der Ausschuss wegen unvermeid- barer 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 um 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 Oberflä- chenbearbeitungsprozesse 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 Mikro- lochstrukturen vorgeschlagen wurde. Bei dieser Tech- nik wird Photoresist mit dem Interferenzmuster min- destens zweier oder mehr sich überlagernder kohären- ter Wellenfelder belichtet. Die Periode A des Git- ters ergibt sich bei symmetrischem Einfall der zwei Wellen durch folgende Beziehung : A=-"-mit o gleich der Wellenlänge der kohären-<BR> 2sinOi ten Wellenfelder und Oi 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 Kreuzgit- tern und hexagonalen Gittern durch zwei aufeinander- folgende Belichtungen mit zwischenzeitlichem Drehen des Substrats um 90° bzw. 60°. Nach Entwicklung des Photoresists entstehen entweder freistehende Photore- sistsäulen oder ein kontinuierliches Oberflächenre- lief.

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 Liniengit- ters 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 ei- nem Metall sozusagen selbstjustiert metallische Lei- terbahnen. Eine Übertragung dieser Technik zu Her- stellung von Mikrolochstrukturen ist jedoch nicht na- heliegend, da die Schrägbeschichtung von Kreuzgittern oder hexagonalen Gittern zu hohe Justageanforderungen hätte. Die Ausbreitungsrichtung der Beschichtungsc- luster variiert über die Substratfläche. Der Schat- tenwurf kann in erster Näherung wie der Schattenwurf einer Punktlichtquelle betrachtet werden. Da jedoch der Abstand zwischen Quelle und Substrat in einer Va- kuumapparatur nicht beliebig groß gewählt werden kann, ist eine lokale Änderung der Ausbreitungsrich- tung nicht zu vermeiden. Daher eignen sich als selbstjustierende Masken für die Schrägbeschichtung nur Oberflächenreliefs, die wie im Falle des Linien- gitters tolerant gegenüber einer Änderung der Aus- breitungsrichtung der Beschichtungsciuster sind.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen von Mikrolochstrukturen an- zugeben, das kostengünstig ist und minimale Lochab- messungen bis zu 0,1 um ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteil- hafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfah- rens 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 verwen- det, so dass insoweit keine Justierung erforderlich ist ("Selbstjustierung") und daher hiermit verbundene Ungenauigkeiten vermieden werden. Es ist dadurch mög- lich, auf industriellem Wege Lochabmessungen bis her- unter 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 Ober- flächenteilen, deren lokale Flächen-normalen-Vektoren mit dem Einheitsvektor der Oberfläche einen kleinen Winkel einschließen, und zwischen den ersten Oberflä- chenteilen zweite Oberflächenteile, deren lokale Flä- chennormalenvektoren mit dem Richtungsvektor der Be- schichtung einen kleinen Winkel einschließen, auf- weist.

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, insbesonde- re durch Interferenzlithografie gebildet und durch galvanische Abformung ein Prägestempel hiervon herge- stellt. Durch einen anschließenden Prozess wie Prägen oder Gießen kann die Reliefstruktur auf eine Vielzahl von Substraten kopiert werden. Bevorzugte Materia- lien, in die das Relief repliziert werden kann, sind Kunststoffe, Sol-Gel-Schichten und Glas.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von in den Fi- guren dargestellten Ausführungsbeispielen näher er- läutert. Es zeigen : Fig. 1 die Ausbildung einer Reliefstruktur mit ke-

gelstumpfförmigen Erhebungen auf einer Sub- stratoberfläche, 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 Filte- rung 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 Translationsinvarianz gewählt. Für die Schrägbeschichtung zur Erzeugung von Lochstruktu- ren gibt es die neue Anforderung, dass der Schatten- wurf des erhabenen Teils der Oberflächenstruktur nicht zu einer Unterbrechung der das Loch umgebenden Stegstruktur führt. Dies kann durch verschiedene Aus- führungen 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. Änderun- gen in der Beschichtungsrichtung führen schnell

zu einer Änderung der Lochform.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer derartigen Anordnung, bei der die Erhebun- gen kegelstumpfförmig sind. Fig. 2 gibt schema- tisch 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) : Ver- tiefungen in einer ebenen oder annähernd ebenen Fläche. Diese Anordnung ist wesentlich vorteil- hafter als Anordnung A). Allerdings werden Teile der Wand der Vertiefung mitbeschichtet. Diese Reliefstruktur kann durch Replikation einer Ori- ginalstruktur 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 abwech- selnd stark und schwach moduliert ist und in der dazu senkrechten Richtung (y-Richtung) Stege in kürzeren Abständen aufweist. Bei Schrägbeschich- tung in x-Richtung werden die schwach modulier- ten Bereiche vollständig beschichtet. Die Stege in y-Richtung erzeugen durch Schattenwurf bei der Schrägbeschichtung die Lochstrukturen. Je elongierter die Lochstrukturen sind, desto un- empfindlicher ist die Struktur gegenüber Justa- gefehlern bei der Schrägbeschichtung.

Fig. 4 zeigt in der Draufsicht eine metallische Mikrolochstruktur zur Filterung von Infrarot- strahlung, 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 senk- recht zur x-y-Ebene einen kleinen Winkel einschlie- ßen : n # z (Beschichtete Bereiche).

Bedingung 2 : Die Struktur muss zwischen dem Netz aus Bedingung 1 möglichst große Flächenteile aufweisen, deren lokale Flächennormalenvektoren n mit dem Rich- tungsvektor der Beschichtung b einen kleinen Winkel einschließen : n # b (Nicht beschichtete bzw. ver- schattende Bereiche).

Elongierte Strukturen sind besonders günstig, da es dabei besonders große Flächenteile gibt, die Bedin- gung 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 abge- wandt ist. <BR> <BR> <P>Die Oberflächenreliefs A) -C) können durch Interfe- renzlithographie besonders effizient hergestellt wer- den. 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 Dre- hung 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 Elon- gation gering.

Im Folgenden wird die Herstellung von durch Schrägbe- schichtung erhaltenen Mikrolochstrukturen für unter- schiedliche Anwendungszwecke beschrieben.

1. Herstellung von Filtern für Infrarotstrahlung Ein geeignetes Oberflächenrelief wird in für Infra- rotstrahlung transparentes Polyethylen (PE) oder Po- lytetrafluorethylen (PTFE) repliziert und mit einem Metall hoher Leitfähigkeit, z. B. Gold, schrägbe- schichtet. 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 Me- tallgitter 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 Flüs- sigkeiten 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 Auf- bringen eines Stützgitters. Das Stützgitter kann ent- weder 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 Druckpro- zesse realisierbar. Es kann erforderlich sein, das Stützgitter auch galvanisch zu fertigen. In diesem Fall wird die Negativstruktur des Stützgitters ge- druckt. In Fig. 5 ist ein beispielhafter Prozessab- lauf mit zwei Galvanikschritten dargestellt.

Hierin zeigt a) das mit der Oberflächenstruktur ver- sehene Substrat 3 ; b) gibt dieses nach der Schrägbe- schichtung mit einem Metall 4 wieder ; und c) stellt die Anordnung nach der galvanischen Verstärkung des Beschichtungsmaterials 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 Abschir- mung elektromagnetischer Strahlung Mikrolochstrukturen zur Abschirmung unerwünschter e- lektromagnetischer Strahlung werden oft auf Glasober- flächen, z. B. Abdeckgläsern von Plasmadisplays, benö-

tigt. Die wesentliche Funktion der Mikrolochstruktur ist, eine sehr gute DC-Leitfähigkeit bei guter visu- eller Transmission zu erreichen. Die zusätzliche Auf- gabe, die bei diesem Ausführungsbeispiel gestellt ist, ist. die Übertragung der Mikrolochstruktur auf die Glasplatte. Dies wird durch zwei Varianten ge- löst. In der ersten Variante wird die Glasplatte an der Oberfläche so funktionalisiert, dass die metalli- sche Mikrolochstruktur an der Glasoberfläche besser haftet als an dem als Transferfolie dienenden, schrägbeschichteten Substrat. Diese Funktionalisie- rung kann auch in Form einer Vakuumbeschichtung, ei- nes Lackes oder einer Sol-Gel-Schicht ausgebildet sein. Nach der Übertragung der Mikrolochstruktur kann diese beschichtet werden. Diese Variante hat den Vor- teil, 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 Leit- fähigkeit (z. B. Metalle) besonders geeignet.