DE102011082939B4

DE102011082939B4 - Transfermaske und Verfahren zur Herstellung einer Transfermaske

Info

Publication number: DE102011082939B4
Application number: DE102011082939.3A
Authority: DE
Inventors: Markus Burghart; Jean Dominique Länge; Dr. Schreil Manfred
Original assignee: Von Ardenne GmbH
Current assignee: Von Ardenne GmbH
Priority date: 2011-09-19
Filing date: 2011-09-19
Publication date: 2015-11-26
Anticipated expiration: 2031-09-20
Also published as: DE102011082939A1

Abstract

Mikrostrukturierte Transfermaske (1) zur lokal differenzierten Übertragung von Materialien auf ein Substrat, die einen Zwischenträger (2), eine strukturierte lichtreflektierende Schicht (3) und eine lichtabsorbierende Schicht (5) enthält, wobei die lichtabsorbierende Schicht (5) eine anisotrope Wärmeleitfähigkeit aufweist dadurch gekennzeichnet, dass die lichtabsorbierende Schicht (5) kolumnare Strukturen (7) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Transfermaske zur strukturierten, d. h. lokal differenzierten Übertragung von Materialien auf Substrate. Die Erfindung betrifft ebenso ein Verfahren zur Herstellung solcher Transfermasken.
In der Halbleitertechnologie wird die Fotolithografie sehr umfangreich genutzt, um durch eine Belichtung von maskierten Substraten die Maskenstrukturen auf dem Substrat abzubilden. Meist werden dabei die Strukturen auf dem Substrat mittels subtraktiver Verfahren hergestellt, d. h. Verfahren, bei denen Material abgetragen wird. Insbesondere, wenn aufgrund von Unverträglichkeiten mit den in der Fotolithografie üblichen Materialien, u. a. Fotolacken nicht gearbeitet werden kann, muss auf andere Verfahren ausgewichen werden.
Eine alternative Methode, bei der ebenfalls Masken eine Strukturierung von organischem Material auf einem Substrat eingesetzt werden, ist die Verwendung von Schattenmasken. Schattenmasken bestehen aus dünnen metallischen oder Folien oder werden in Silizium gefertigt. In diese dünnen Masken werden entsprechend der abzubildenden Strukturen Öffnungen gefertigt, durch die das Material auf dem Substrat aufgedampft werden kann. Die Strukturierung mittels Schattenmasken weist jedoch Limitierungen hinsichtlich Auflösung und der mechanischen Stabilität auf. Strukturgrößen unter 50 μm sind kaum realisierbar. Größenskalierung dieses Maskentyps ist durch die Verbiegung und die damit einhergehenden Abbildungsfehler erschwert.
Ist die Schicht jedoch auch diesem Verfahren nicht zugänglich, so muss an indirekte Strukturierungsmöglichkeiten z. B. unter Zuhilfenahme von Zwischenträgern gedacht werden, die eine entsprechende, ggf. auch negative, Strukturierung auf dem Zwischenträger erlauben, die sodann auf das Substrat übertragen werden kann. Transfermasken dienen einer solchen Übertragung von Strukturen auf ein Substrat, indem die herzustellenden Strukturen auf der Maske abgebildet werden und mit Hilfe der Maske auf ein Substrat übertragen werden.
Aus der DE 10 2009 041 324 A1 ist ein Verfahren zur lokalen Bedampfung eines Substrats bekannt, bei welchem ein Zwischenträger verwendet wird, um eine lokale Verdampfung von organischem Beschichtungsmaterial vorzunehmen. Dazu wird das Beschichtungsmaterial vollflächig auf dem Zwischenträger abgeschieden, anschließend jedoch nur an den gewünschten Orten verdampft. Letzteres erfolgt durch eine Maskenstruktur auf dem Zwischenträger, die lichtreflektierende oder lichtabsorbierende Bereiche oder beides in einer auf dem Substrat erforderlichen Struktur aufweist, so dass ein Energieeintrag und damit eine Verdampfung nur in den abzuscheidenden Bereichen erfolgt. Aufgrund der bei diesem Verfahren abzuscheidenden Schichtdicken im Bereich weniger Nanometer bis einiger Mikrometer ist ein impulsartiger Energieeintrag ausreichend für die Verdampfung organischen Materialien. Die Bedampfung des Substrats erfolgt in der DE 10 2009 041 324 A1 im Rahmen eines kontinuierlichen Durchlaufverfahrens, ist aber nicht darauf beschränkt und kann auch im Batchverfahren angewendet werden.
Die EP 1 650 046 A1 offenbart ein Donor-Substrat und ein Verfahren zur lokalen Verdampfung von organischen Materialien, bei dem das Donor-Substrat zumindest einen Zwischenträger, eine strukturierte Reflektorschicht und eine Absorberschicht enthält. Dabei kann die Absorberschicht auch strukturiert sein.
Weiterhin ist in der US 2009/0 169 809 A1 ein Donor-Substrat und ein Verfahren beschrieben, bei dem das Donor-Substrat einen Zwischenträger, eine Zwischenschicht, eine strukturierte Reflektorschicht und eine Absorberschicht enthält. Problematisch erweist sich hierbei jedoch die Auflösung der zu übertragenen Strukturen. Die Auflösung ist maßgeblich bestimmt durch die Impulsdauer der Strahlungsquelle sowie durch die Wärmeleitung in der lichtabsorbierenden Schicht der Transfermaske sowie den übrigen Teilschichten der Transfermaske.
Dabei ist nachteilig, dass in der lichtabsorbierenden Schicht die Wärme in der Regel in alle Richtungen gleichartig weitergeleitet wird. Hierdurch tritt ein maßgeblicher Verlust an Strukturschärfe auf: In Schichten über den Reflektorbereich entsteht so in den Randbereichen zu den Bereichen, die dem Energieeintrag durch die Strahlungsquelle ausgesetzt sind, ein Temperaturgradient und damit ein Übergangsbereich, in dem das zu verdampfende Material mit abnehmenden Verdampfungsraten verdampft wird, was zu einer stark inhomogenen Schichtdicke der aufgedampften Strukturen auf dem Substrat und zu einer unbestimmten Strukturbreite der auf dem Substrat aufgedampften Strukturen führt.
Besonders erschwert wird die Herstellung einer definierten Struktur auf einem Substrat beim Einsatz von Durchlaufbeschichtungsanlagen zur deren Abscheidung.
Die US 2008/0 026 306 A1 offenbart einen ganzflächigen Schichtstapel zur Verbesserung der Auflösung der zu übertragenen Strukturen, bei dem die lokal differenzierte Übertragung von Materialien mittels eines Lasers oder einer Blitzlampe mit einer Schattenmaske erfolgt, wobei der Schichtstapel eine Absorberschicht enthält, die eine anisotrope Wärmeleitfähigkeit aufweist. Hierbei ist eine inhomogene Absorberschicht beschrieben, bei der der Absorptionskoeffizient entlang der Richtung der Schichtdicke oder in der Schichtebene variieren kann. Zusätzlich kann die anisotrope Wärmeleitfähigkeit der Absorberschicht mithilfe einer Orientierung eines Absorbermaterials oder mithilfe einer unregelmäßigen Verteilung eines Absorbermaterials in der Schichtebene erreicht werden. Dazu können beispielsweise magnetische Nadeln als Absorber-Partikel eingesetzt werden, die in einem Magnetfeld ausgerichtet werden.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Transfermaske und ein Verfahren zu deren Herstellung anzugeben, mit welchem Materialien in hoher struktureller Auflösung lokal differenziert von der Transfermaske auf dem Substrat in der hier gewünschten Struktur übertragen werden können und welches ggf. auch für Durchlaufverfahren anwendbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine mikrostrukturierte Transfermaske zur strukturierten Übertragung von Materialien auf ein Substrat gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Mikrostrukturierung einer Transfermaske zur strukturierten Übertragung von Materialien auf ein Substrat gemäß den Merkmalen des Anspruchs 6. Die Ansprüche 2 bis 5 und 6 bis 10 geben Ausführungsvarianten dieser erfindungsgemäßen Lösung wieder.
Die erfindungsgemäße mikrostrukturierte Transfermaske zur lokal differenzierten Übertragung von Materialien auf ein Substrat enthält einen Zwischenträger, eine strukturierte lichtreflektierende Schicht und eine lichtabsorbierende Schicht. Dabei weist erfindungsgemäß die lichtabsorbierende Schicht eine anisotrope Wärmeleitfähigkeit auf. Anisotrope Wärmeleitfähigkeit bedeutet dabei, dass sich die durch einen Energieeintrag, z. B. durch eine Strahlungsquelle, in der lichtabsorbierenden Schicht erzeugte Wärme unterschiedlich schnell bzw. unterschiedlich stark ausbreitet. Da die erfindungsgemäße Transfermaske dazu verwendet werden soll, Materialien lokal derart differenziert zu verdampfen, dass auf einem der Transfermaske gegenüberliegenden Substrat dieses Material in der hier gewünschten Struktur wieder abgeschieden wird, ist es besonders in den Richtungen, in denen die gewünschten Strukturen sehr kleine Strukturbreiten aufweisen, von entscheidender Bedeutung, dass die lichtabsorbierende Schicht eine möglichst geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Da die lichtabsorbierende Schicht (Absorber) durch Wärmeleitung Energie an den Reflektor verliert, sollte die lichtreflektierende Schicht (Reflektor) eine möglichst geringe Wärmeleitfähigkeit besitzen. Dabei ist, sofern ein Linienmuster des wieder abgeschiedenen Materials auf dem Substrat erzeugt werden soll, die niedrige Wärmeleitfähigkeit nur in einer Richtung notwendig, während bei komplizierteren Strukturen mit kritischen Dimensionen in verschiedenen Richtungen eine solche niedrige Wärmeleitfähigkeit parallel zur Maskenebene in allen Richtungen notwendig ist.
Dabei erweist es sich als besonders günstig, dass die lichtabsorbierende Schicht der Transfermaske kolumnare Strukturen aufweist. Dies bedeutet, dass diese Schicht aus nebeneinanderstehenden säulenartigen Gebilden aufgebaut ist. In der Regel besteht jedes solcher säulenartigen Gebilde aus einem bzw. einer Vielzahl von Kristallen und sind voneinander durch Korngrenzen, teilweise sogar durch Fugen („Seams”) getrennt. Solche kolumnare Strukturen eignen sich damit hervorragend für eine gerichtete, also anisotrope Wärmeleitung vom Zwischenträger in Richtung der zu übertragenden Schicht. Für eine Übertragung dieser Schicht mittels Verdampfung wird damit die von Seiten des Zwischenträgers durch die Strahlungsquelle eingetragene und in der lichtabsorbierenden Schicht in Wärme umgesetzte Energie am effektivsten für die Erwärmung und Verdampfung der zu übertragenden Schicht genutzt. Über die Korngrenzen hinweg wird hingegen wesentlich weniger Wärme übertragen, bei ausgeprägten Fugen, fast Spalten, wird die laterale Wärmeleitung nahezu unterdrückt. Hierbei sollte darauf geachtet werden, dass die Oberfläche der lichtabsorbierenden Schicht, also die Fläche, die dem zu verdampfenden, i. d. R. organischem, Material zugewandt ist, keine Löcher aufweist. Dies kann durch geeignete Wachstumsbedingungen oder gegebenenfalls durch eine Veränderung der Aufwachsbedingungen gegen Ende des Vorgangs geschehen.
Beim Einsatz einer solchen Transfermaske würde zunächst eine Schicht des zu übertragenden Materials auf die Transfermaske aufgetragen, wobei hier verschiedenen Methoden zur Auftragung geeignet sind, wie z. B. diverse Abscheidung durch Aufdampfen oder aber eine Kontaktübertragung.
Danach wird die Transfermaske gegenüber dem Substrat – und mit geringstmöglichen Abstand zu diesem – in Position gebracht und die Transfermaske mit einer impulsartigen Lichtquelle, die sich auf der den Schichten der Transfermaske abgewandten Seite der Transfermaske befindet, bestrahlt. Durch diesen Energieeintrag in die lichtabsorbierenden Bereiche, die nicht von lichtreflektierenden Bereichen abgedeckt werden, und die entsprechende Wärmeleitung in der lichtabsorbierenden Schicht in Richtung der Schicht aus dem zu übertragenden Material wird dieses in den Bereichen erwärmt und schließlich verdampft, unter denen sich keine lichtreflektierenden Bereiche befinden. Das verdampfte Material wird sofort auf dem der Transfermaske gegenüberliegenden Substrat wieder abgeschieden, so dass genau die Bereiche des Substrats beschichtet werden, die den Bereichen der Transfermaske gegenüberliegen, in denen sich keine lichtreflektierende Schicht befindet. Somit wird auf dem Substrat die gewünschte Struktur aus dem übertragenen Material erzeugt.
Wird eine solche Transfermaske in einem Durchlaufbeschichtungsverfahren angewendet, so kann sie synchron zum Substrat bewegt werden. Möglich ist dies beispielsweise, indem der Zwischenträger und damit die gesamte Transfermaske zylinderförmig ausgebildet ist. Diese Transfermaske wird dann über dem sich bewegenden Substrat mit entsprechend angepasster Geschwindigkeit gedreht.
Aber auch planare Transfermasken können in einer Durchlaufbeschichtungsanlage eingesetzt werden, sofern ihre Bewegung an die des Substrates angepasst wird und beispielsweise periodisch eine Abscheidung während einer synchronen Vorwärtsbewegung der Transfermaske mit dem Substrat, sowie eine Abscheidungsunterbrechung mit entsprechendem Rückspringen der Transfermaske um eine Maskenlänge stattfindet.
Anschließend an eine Übertragung des Materials auf das Substrat kann die Transfermaske wiederbenutzt werden, indem z. B. die auf ihr verbliebenen Reste des zu übertragenden Materials durch Reinigung entfernt werden und erneut eine Schicht aus dem zu übertragenden Material aufgebracht wird.
Die Strukturbreite kritischer Strukturen liegt bei Verwendung einer erfindungsgemäßen Transfermaske im Mikrometerbereich.
Als mögliche Materialien für die einzelnen Schichten einer erfindungsgemäßen Transfermaske seien hier genannt:
Für den Zwischenträger: Glas, Quarzglas, Weißglas, Saphirglas, für die lichtabsorbierende Schicht („Absorber”): Metalle, Nitride, Oxide und Carbide von Chrom, Titan, Molybdän, Wolfram und Hafnium, für die lichtreflektierende Schicht („Reflektor”): Gold, Silber, Chrom, Wolfram, Titan, Molybdän, Tantal und Hafnium. Diese Auswahl ist jedoch nicht abschließend sondern gibt nur Beispiele an.
Die Wahl des Absorber-/Reflektor-Systems hängt von der Anwendung ab. Es muss lediglich die Bedingung erfüllt sein, dass die Absorption des Absorbers höher ist als die des Reflektors, um eine ausreichende thermische Spreizung zu gewährleisten.
Eine solche erfindungsgemäße Transfermaske kann insbesondere für die lokal differenzierte Übertragung von organischen Materialien genutzt werden, die eine niedrige Schmelz- bzw. Sublimationstemperatur aufweisen. Der typische Bereich, in dem organische Verbindungen verdampft bzw. sublimiert werden, liegt im Bereich 100–600°C. Die Sublimationsenthalpien ΔH_s liegen für organische Materialien im Bereich von 100–300 kJ/mol.
Ihre Verwendung ist jedoch nicht auf diese Gruppe von Materialien limitiert. Bei zu übertragenden Materialien, die eine höhere Schmelztemperatur aufweisen, ist die Auswahl möglicher Materialien für den Zwischenträger und die Schichten der Transfermaske eingeschränkter, da hierfür einerseits auf die Temperaturbeständigkeit, andererseits auf einen möglichst geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, insbesondere der lichtreflektierenden Schicht, jedoch auch des gesamten Systems zu achten ist.
Der Aufbau einer erfindungsgemäßen Transfermaske bietet dabei verschiedenen Ausgestaltungsmöglichkeiten. Während für einen gestapelten Aufbau lediglich die lichtreflektierende Schicht entsprechend der negativen auf dem Substrat gewünschten Schicht strukturiert sein muss, während sich die lichtabsorbierende Schicht auf der gesamten Zwischenmaskenfläche befindet, wechseln sich in einem koplanaren Aufbau lichtreflektierende Bereiche mit lichtabsorbierenden Bereichen ab. Dabei entspricht die Struktur der lichtabsorbierenden Bereiche auf der Zwischenmaske der gewünschten Struktur des zu übertragenden Materials auf dem Substrat. Ein solcher koplanarer Aufbau unterstützt dabei wesentlich die gewünschte Barrierewirkung bzgl. der Wärmeleitung parallel zur Maskenebene.
Bis auf Spezialfälle wie den oben beschriebenen der Aufbringung eines regelmäßigen Linienmusters auf dem Substrat ist es dabei vorteilhaft, das Verhältnis von lateraler Wärmeleitfähigkeit der lichtabsorbierenden Schicht, d. h. Wärmeleitfähigkeit parallel zur Maskenebene, zu ihrer Wärmeleitfähigkeit senkrecht zur Maskenebene so zu gestalten, dass es wesentlich kleiner als eins ist, und zwar für alle Richtungen parallel zur Maskenebene. Ziel einer solchen Transfermaske ist es, die durch den Energieeintrag erzeugte Wärme in der lichtabsorbierenden Schicht, schnellstmöglich und so vollständig wie möglich in Richtung der Schicht des zu übertragenden Materials zu leiten.
In einer besonderen Ausführung enthält die mikrostrukturierte Transfermaske eine oder mehrere transparente Zwischenschichten zur Wärmeentkopplung von Zwischenträger und den lichtabsorbierenden und lichtreflektierenden Schichten und/oder zwischen lichtabsorbierender Schicht und lichtreflektierender Schicht. Eine solche Zwischenschicht kann auch aus einem Schichtstapel mehrerer Einzelschichten bestehen, beispielsweise mit dem Ziel, die Reflexion zu verringern. Hierzu ist zum Beispiel der Einsatz einer Zwischenschicht aus einem TiO₂/SiO₂-Schichtstapel möglich. Weitere mögliche Materialien für die Erzeugung einer Zwischenschicht sind SiO₂, Si₃N₄, SiO_xN_y, TiN und AlN, wobei dies nur Beispiele sind und sich die Auswahl nicht darauf beschränkt.
Desweiteren kann in einer besonderen Ausführung die mikrostrukturierte Transfermaske eine Schutzschicht zur Verhinderung von Reaktionen des von der Transfermaske zu übertragenden Materials mit der lichtabsorbierenden und/oder der lichtreflektierenden Schicht enthalten. Eine weitere Funktion einer solchen Schicht ist der Schutz vor mechanischen Einwirkungen auf die Transfermaske. Deshalb sind mögliche Materialien für die Erzeugung einer solchen auch als Deckschicht bezeichneten Schutzschicht generell Hartstoffschichten wie DLC (diamond like carbon), TiN, WC und SiC, wobei auch dies wiederum nur Beispiele sind und sich die Auswahl nicht darauf beschränkt.
Idealerweise weisen auch entsprechend genutzte Zwischenschichten und/oder die Schutzschicht eine anisotrope Wärmeleitfähigkeit auf. Auch diese Schichten müssen, da sie sich „auf dem Weg” zur Weiterleitung der Wärme in Richtung des zu übertragenden Materials befinden, die Wärme möglichst effektiv und gerichtet weiterleiten. Jede laterale Ausbreitung der Wärme würde hingegen einen Verlust und eine Verschlechterung der Strukturschärfe der auf dem Substrat aufzubringenden Struktur bedeuten.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Mikrostrukturierung einer Transfermaske zur lokal differenzierten Übertragung von Materialien auf ein Substrat enthält grundsätzlich die folgenden drei Schritte:
Eine lichtreflektierende Schicht wird zunächst auf einem Zwischenträger hergestellt und in einem nächsten Schritt strukturiert. Zudem wird in einem weiteren Schritt eine lichtabsorbierende Schicht auf dem Zwischenträger hergestellt. Die Herstellung dieser lichtreflektierenden Schicht und der lichtabsorbierenden Schicht kann dabei mit verschiedenen Methoden erfolgen. Möglich sind hier die physikalische Dampfphasenabscheidung (physical vapour depostion, PVD), beispielsweise die Kathodenzerstäubung (auch „Sputtern” genannt) oder das Aufdampfen, die chemische Dampfphasenabscheidung (chemical vapour deposition, CVD), das Spin-On-Glass-Verfahren, bei dem ein organisches Silizium- und Sauerstoff-haltiges Material auf die Oberfläche aufgeschleudert wird und durch ein anschließendes Tempern in Siliziumoxid bzw. eine Siliziumoxid-Verbindung umgewandelt wird, oder aber das Sol-Gel Verfahren, einem nasschemischen Prozess, bei dem eine kolloidale Lösung Ausgangspunkt der Abscheidung ist. Auch hier sei die Nennung dieser Verfahren nicht abschließend.
Erfindungsgemäß wird dabei jedoch die lichtabsorbierende Schicht unter solchen Prozessbedingungen hergestellt, dass eine Schicht mit anisotroper Wärmeleitfähigkeit entsteht. Dies geschieht über die Einstellung der Prozessparameter Substrattemperatur, d. h. Zwischenträgertemperatur, Abscheiderate, Gasflüsse bzw. Verhältnis der Gasflüsse und Prozessdruck.
Insbesondere zur Erzeugung von kolumnaren, also säulenförmigen Strukturen innerhalb der lichtabsorbierenden Schicht, die die Bedingung der Anisotropie der Wärmeleitfähigkeit erfüllen, sei dabei auf die detaillierten Ausführungen von J. A. Thornton: High Rate Thick Film Growth. In: Ann. Rev. Mater. Sci., 1977, Vol. 7, S. 239–260 verwiesen. In der Wachstumsrichtung der kolumnaren Strukturen weisen diese eine wesentliche höhere Leitfähigkeit auf als in lateraler Richtung.
In einer besonderen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Mikrostrukturierung einer Transfermaske wird die lichtabsorbierende Schicht nach ihrer direkt oder indirekt im Anschluss an die Strukturierung der lichtreflektierenden Schicht erfolgten Herstellung partiell zurückgeätzt und/oder zurückpoliert. Derartige Prozesse sind aus der Halbleiterindustrie als sogenannte Damascene-Verfahren bekannt. Das Zurückätzen bzw. Zurückpolieren kann so weit erfolgen, dass oberhalb der lichtreflektierenden Bereiche die vollständige lichtabsorbierende Schicht wieder abgetragen wird, oder aber auch so, dass sie noch partiell selbst auf diesen Bereichen stehen bleibt. Ideal ist jedoch der Fall der vollständigen Abtragung, so dass man eine partielle Abtragung vor allem dann in Erwägung zieht, wenn bei einer vollständigen Abtragung, auch die lichtreflektierende Schicht angegriffen würde. Zur Realisierung der vollständigen Abtragung der nachfolgend abgeschiedenen Schicht oberhalb der Regionen der zuvor abgeschiedenen und strukturierten Schicht kann dabei auch die Abfolge der Schritte umgekehrt werden: So kann zunächst die lichtabsorbierende Schicht abgeschieden und strukturiert werden und anschließend die lichtreflektierende Schicht abgeschieden und durch Ätzen oder Polieren so weit wieder abgetragen werden, dass oberhalb der lichtabsorbierenden Bereiche keine Reste der lichtreflektierenden Schicht verbleiben, d. h., dass die lichtreflektierende Schicht über der lichtabsorbierenden Schicht vollständig entfernt wird.
In einer besonderen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Mikrostrukturierung einer Transfermaske wird in einem oder mehreren zusätzlichen Schritten die eine transparente Zwischenschicht zur Wärmeentkopplung der aufgebrachten Schichten direkt auf dem Zwischenträger und/oder zwischen der Strukturierung der lichtabsorbierenden Schicht und der Herstellung der lichtreflektierenden Schicht aufgebracht. Eine solche Wärmeentkopplung trägt zur effektiven Wärmeübertragung in Richtung des auf das Substrat zu übertragende Material bei und mindert die Einflüsse der unterschiedlichen thermischen Ausdehnung verschiedener zur Herstellung der Transfermaske verwendeter Materialien, sowohl bezüglich möglicher Spannungen in der Transfermaske als auch eines Einflusses auf die Strukturbreite bzw. möglicher Lagefehler der auf das Substrat übertragenen Strukturen. Dabei sind auch für die Herstellung einer solchen transparenten Zwischenschicht prinzipiell alle oben genannten Herstellungsmethoden geeignet.
In einer weiteren besonderen Ausführung des Verfahrens zur Mikrostrukturierung einer Transfermaske wird in einem zusätzlichen Schritt eine Deck- bzw. Schutzschicht hergestellt. Diese dient der Verhinderung von Reaktionen der von der Transfermaske zu übertragenden Schicht mit der lichtabsorbierenden Schicht und/oder der lichtreflektierenden Schicht, jedoch auch der Vermeidung von mechanischen Einflüssen auf die Transfermaske, die schließlich nach ihrem Einsatz zur lokal differenzierten Übertragung eines Materials auf ein Substrat für einen neuen Übertragungsvorgang wiederverwendet werden soll. Auch für diesen Schritt sind prinzipiell alle oben genannten Herstellungsmethoden geeignet.
Bevorzugt werden im erfindungsgemäßen Verfahren zur Mikrostrukturierung einer Transfermaske zur Erhöhung der Haftung einzelner Schichten und/oder zur Beeinflussung der inneren Struktur einzelner Schichten Vorbehandlungen durchgeführt. So ist es insbesondere zur Erzeugung von kolumnaren Schichten wie bei für die lichtabsorbierende Schicht, ggf. jedoch auch für Zwischenschichten oder eine Schutzschicht, günstig, durch eine entsprechende Vorbehandlung Keimpunkte für das gewünschte Säulenwachstum zu erzeugen. Aber auch Vorbehandlungen mit dem Zweck von topologischen Änderungen oder zur Reinigung sind denkbar. Entsprechende hier mögliche Vorbehandlungsverfahren sind beispielsweise Plasmabehandlungen, Glimmen, Tempern und nasschemische Verfahren.
Für das Wachstum einer lichtabsorbierenden Schicht, die eine anisotrope Wärmeleitfähigkeit hauptsächlich durch kolumnare Strukturen realisiert, ist darauf zu achten, dass diese entsprechend den Erfordernissen einer solchen Maske ausgerichtet sind: Die kolumnaren Strukturen sollten senkrecht zur Maskenebene erzeugt werden, um die Wärme optimal in Richtung zu verdampfende Schicht zu leiten. Wird die lichtabsorbierende Schicht jedoch nicht auf ein ebenes Substrat bzw. eine ebene Schicht, sondern in eine strukturierte Schicht hinein abgeschieden, so muss ggf. dafür Sorge getragen werden, dass an den Seitenwänden der unterliegenden Strukturen kein Wachstum von kolumnaren Strukturen der lichtabsorbierenden Schicht stattfindet, die dann nicht mehr senkrecht zur Maskenebene ausgerichtet wären. Dies ist z. B. möglich durch einen entsprechend eingestellten „Taperwinkel” (Abschrägungswinkel) der unterliegenden Strukturen, der hierzu sogar leicht negativ eingestellt werden sollte, wenn die Abscheidung der lichtabsorbierenden Schicht gerichtet erfolgt. Eine andere Möglichkeit, insbesondere, wenn die Abscheidung der lichtabsorbierenden Schicht nicht gerichtet erfolgt, ist die Einführung eines zusätzlichen Schritts der Seitenwandpassivierung, durch den dafür gesorgt wird, dass auf den Seitenwänden keine Keimbildung erfolgen kann. Eine solche Seitenwandpassivierung ist beispielsweise möglich durch eine konforme Abscheidung einer sehr dünnen Schicht eines entsprechenden Materials auf der unterliegenden Struktur und einer nachfolgenden gerichteten (anisotropen) Rückätzung dieser Schicht.
Dies seien nur zwei der Möglichkeiten für die Einstellung von kolumnaren Strukturen senkrecht zur Maskenebene. Das jeweilige Verfahren ist, sofern nötig, in Abhängigkeit vom für die lichtreflektierende Schicht, die lichtabsorbierende Schicht und die Zwischenschicht verwendeten Materialien und Verfahren auszuwählen.
Die erfindungsgemäße Lösung für eine mikrostrukturierte Transfermaske zur lokal differenzierten Übertragung von Materialien auf ein Substrat sowie für ein Verfahren zur Mikrostrukturierung einer solchen Transfermaske soll nun anhand von Anwendungsbeispielen erläutert werden.
Die 1 zeigt eine erfindungsgemäße Transfermaske mit gestapeltem Aufbau, 2 hingegen eine erfindungsgemäße Transfermaske mit koplanarem Aufbau. Die 3 zeigt einen Ausschnitt aus der 2.
Um die erfindungsgemäße Transfermaske 1 der 1 mit gestapeltem Ausbau zu erzeugen, wird ein Zwischenträger 2 aus 5 mm dickem Quarzglas zunächst gereinigt, wobei dies sowohl auf chemische als auch auf mechanische Art erfolgt. Hiernach erfolgt zunächst die Herstellung der strukturierten lichtreflektierenden Schicht 3, wofür 150 nm Silber (Ag) durch Kathodenzerstäubung abgeschieden und anschließend fotolithographisch strukturiert wird (typische Strukturbreiten können hier ca. 25 μm betragen), wobei beim Rückatzen darauf geachtet wird, dass der Taperwinkel 0° beträgt oder aber sogar negativ wird. Anschließend wird durch Kathodenzerstäubung eine 100 nm dicke Schicht Siliziumdioxid (SiO₂) als Zwischenschicht 4 aufgebracht. Durch reaktive Kathodenzerstäubung eines Chrom-Targets (Cr) in Stickstoff-Atmosphäre (N2) (Cr-Target in N2-Atmosphäre) wird dann eine 150 nm dicke lichtabsorbierende Schicht 5 aus Chromnitrid (CrN) hergestellt, die kolumnare Strukturen aufweist, die senkrecht zur Maskenebene ausgerichtet sind. Zum Schutz der lichtabsorbierenden Schicht 5 vor etwaigen Angriffen durch bzw. Reaktionen mit Komponenten des von der Transfermaske 1 aus zu verdampfenden Materials wird abschließend durch Kathodenzerstäubung eine weitere 50 nm dicke SiO₂-Schicht als sogenannte Deckschicht bzw. Schutzschicht 6 hergestellt.
Für einen koplanaren Aufbau der Transfermaske 1 nach 2 ist es ebenfalls möglich, ein 5 mm dickes Quarzglas als Zwischenträger 2 zu nutzen, darauf eine 100 nm dicke Zwischenschicht 4 aus Siliziumdioxid (SiO₂) herzustellen, eine 150 nm dicke Silberschicht (Ag) als lichtreflektierende Schicht 3 abzuscheiden und zu strukturieren, wobei eine typische Strukturbreite 25 μm betragen kann, anschließend eine lichtabsorbierende Schicht 5 aus 150 nm Chromnitrid (CrN) zu erzeugen und zurück zu ätzen und/oder zu polieren, wonach auch diese Strukturbreiten von 25 μm aufweisen kann. Zum Schutz wird auch hier mit einer 50 nm dicke SiO₂-Schicht als sogenannte Deckschicht bzw. Schutzschicht 6 abgeschlossen.
Für die Herstellung der Transfermaske 1 mit koplanarem Aufbau nach 2 können prinzipiell gleiche Verfahren verwendet werden, die ggf. in anderer Reihenfolge eingesetzt werden. Es bedarf für diesen Aufbau zudem einer weiteren Rückätzung und/oder eines Rückpolierens. Dadurch bietet sich bei Nutzung dieses Aufbaus jedoch auch die Möglichkeit, die lichtabsorbierende Schicht 5 vor der lichtreflektierenden Schicht 3 abzuscheiden, perfekte kolumnare Strukturen senkrecht zur Maskenebene zu erzielen, wie sie in der 3 dargestellt werden, die lichtabsorbierende Schicht 5 anschließend zu strukturieren, schließlich die lichtreflektierende Schicht 3 abzuscheiden und so zurück zu ätzen und/oder zurück zu polieren, dass oberhalb der lichtabsorbierenden Strukturen 5 keine Reste der lichtreflektierenden Schicht 3 zurück bleiben.
Die 3 zeigt einen Ausschnitt aus der 2, nämlich die nebeneinanderliegenden Gebiete der lichtabsorbierenden Schicht 5 und der lichtreflektierenden Schicht 3, für eine perfekt in kolumnaren Strukturen aufgewachsene lichtabsorbierende Schicht 5.
Bezugszeichenliste

1: Transfermaske
2: Zwischenträger
3: lichtreflektierende Schicht
4: Zwischenschicht
5: lichtabsorbierende Schicht
6: Deckschicht, Schutzschicht
7: kolumnares Korn
8: Richtung hoher Wärmeleitfähigkeit (λ_hoch)
9: Richtung niedriger Wärmeleitfähigkeit (λ_niedrig)

Claims

Mikrostrukturierte Transfermaske (1) zur lokal differenzierten Übertragung von Materialien auf ein Substrat, die einen Zwischenträger (2), eine strukturierte lichtreflektierende Schicht (3) und eine lichtabsorbierende Schicht (5) enthält, wobei die lichtabsorbierende Schicht (5) eine anisotrope Wärmeleitfähigkeit aufweist dadurch gekennzeichnet, dass die lichtabsorbierende Schicht (5) kolumnare Strukturen (7) aufweist.
Mikrostrukturierte Transfermaske (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtabsorbierende Schicht (5) ebenfalls strukturiert ist.
Mikrostrukturierte Transfermaske (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von lateraler Wärmeleitfähigkeit der lichtabsorbierenden Schicht (5), d. h. Wärmeleitfähigkeit parallel zur Maskenebene, zu ihrer Wärmeleitfähigkeit senkrecht zur Maskenebene kleiner als eins ist.
Mikrostrukturierte Transfermaske (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mikrostrukturierte Maske eine transparente Zwischenschicht (4) zur Wärmeentkopplung von Zwischenträger (2) und den aufgebrachten Schichten und/oder zwischen lichtabsorbierender Schicht (5) und lichtreflektierender Schicht (3) und/oder eine Schutzschicht (6) zur Verhinderung von Reaktions- und Diffusionsvorgängen in die lichtabsorbierende (5) und/oder die lichtreflektierenden Schicht (3), enthält.
Mikrostrukturierte Transfermaske (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (4) und/oder die Schutzschicht (6) ebenfalls eine anisotrope Wärmeleitfähigkeit aufweist.
Verfahren zur Mikrostrukturierung einer Transfermaske (1) zur lokal differenzierten Übertragung von Materialien auf ein Substrat, das die folgenden Schritte enthält: Herstellung einer lichtreflektierenden Schicht (3) auf einem Zwischenträger (2), Strukturierung der lichtreflektierenden Schicht (3), Herstellung einer lichtabsorbierende Schicht (5) mit anisotroper Wärmeleitfähigkeit auf dem Zwischenträger (2), dadurch gekennzeichnet, dass während der Herstellung der lichtabsorbierenden Schicht (5) mittels eines PVD- oder CVD- oder Spin-On-Glass- oder Sol-Gel-Verfahrens die Parameter Zwischenträgertemperatur, Abscheiderate, Prozessdruck und Gasflüsse oder Verhältnis der Gasflüsse so eingestellt werden, dass eine lichtabsorbierende Schicht (5) mit kolumnaren Strukturen (7) hergestellt wird.
Verfahren zur Mikrostrukturierung einer Transfermaske (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtabsorbierende Schicht (5) nach ihrer Herstellung partiell zurückgeätzt und/oder zurückpoliert wird oder die Reihenfolge der Herstellung von lichtreflektierender Schicht (3) und lichtabsorbierender Schicht (5) umgekehrt wird, also die lichtabsorbierende Schicht (5) zunächst strukturiert wird und die lichtreflektierende Schicht (3) nach ihrer Herstellung schließlich partiell zurückgeätzt und/oder zurückpoliert wird, wobei in diesem Fall die lichtreflektierende Schicht (3) über der lichtabsorbierenden Schicht (5) vollständig entfernt wird.
Verfahren zur Mikrostrukturierung einer Transfermaske (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zusätzlichen Schritt eine transparente Zwischenschicht (4) zur Wärmeentkopplung der aufgebrachten Schichten direkt auf den Zwischenträger (2) und/oder zwischen der Herstellung und der Strukturierung der lichtreflektierenden Schicht (3) und der Herstellung der lichtabsorbierenden Schicht (5) hergestellt wird.
Verfahren zur Mikrostrukturierung einer Transfermaske (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zusätzlichen Schritt eine Deck- oder Schutzschicht (6) zur Verhinderung von Reaktionen mit der lichtabsorbierenden Schicht (5) und/oder der lichtreflektierenden Schicht (3) oder Diffusion in die lichtabsorbierende Schicht (5) und/oder die lichtreflektierende Schicht (3) hergestellt wird.
Verfahren zur Mikrostrukturierung einer Transfermaske (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der Haftung einzelner Schichten und/oder zur Beeinflussung der inneren Struktur einzelner Schichten Vorbehandlungen durchgeführt werden.