DE102013206484A1

DE102013206484A1 - Transfermaske zur strukturierten Bedampfung und Verfahren unter deren Verwendung

Info

Publication number: DE102013206484A1
Application number: DE201310206484
Authority: DE
Inventors: Markus Burghart; Georg Haasemann
Original assignee: Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Current assignee: Von Ardenne GmbH
Priority date: 2012-11-23
Filing date: 2013-04-11
Publication date: 2014-05-28
Also published as: KR20140066646A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Transfermaske 1, ein Verfahren zu deren Herstellung, ein Bedampfungsverfahren sowie eine dazu verwendbare Bedampfungsvorrichtung unter Verwendung der Transfermaske 1, die zur strukturierten Bedampfung von Substraten 20 mit einem transparenten Zwischenträger 2, auf dessen Rückseite 14 ein Schichtstapel 13 angeordnet ist, der eine Absorberschicht 6 und darüber eine durchgehende Verdampfungsschicht 12 des zu verdampfenden Materials umfasst. Der Schichtstapel 13 der Transfermaske 1 umfasst auch eine Mehrzahl von Distanzhaltern 7 zur Einstellung einer Distanz der Verdampfungsschicht 12 zum Substrat 20 in den verdampfungsfreien Bereichen. Um in Material und Aufbau variable Transfermasken, insbesondere für organische Materialien, bereitzustellen und dabei Schichtfehlern in der abgeschiedenen Schicht zu vermeiden, werden die Distanzhalter 7 in der Absorberschicht oder in einer Distanzschicht 11 oder Zwischenschicht 8 innerhalb des Schichtstapels 13 ausgebildet.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein die Beschichtung von Substraten durch die Übertragung des abzuscheidenden Materials von einer Transfermaske auf ein Substrat mittels Bedampfung, indem die Strukturen der herzustellenden Schicht zunächst auf der Transfermaske abgebildet und von dort durch Strahlung lokal verdampft und auf ein Substrat übertragen werden. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Transfermaske, die in einem solchen Verfahren verwendbar ist.
Die Verwendung von Masken ist für verschiedene subtraktive und additive Verfahren bekannt. Während bei den subtraktiven Verfahren, z. B. in der Fotolithografie, eine auf dem Substrat vollflächig abgeschiedene Schicht durch verschiedene Verfahren unter Verwendung von Masken nachträglich strukturiert wird, eignen sich Transfermasken zur additiven, d. h. Material hinzufügenden Ausbildung der Strukturen auf dem Substrat. Aufgrund der mit diesen Verfahren abzuscheidenden Schichtdicken im Bereich einiger 100 nm ist ein impulsartiger Energieeintrag häufig ausreichend für die Verdampfung. Die Bedampfung mittels Transfermasken ist auch im Rahmen eines kontinuierlichen Durchlaufverfahrens möglich.
Aus der DE 10 2009 041 324 A1 ist ein additives Verfahren zur lokalen Bedampfung eines Substrats mittels einer Transfermaske bekannt. In diesen Verfahren wird ein transparenter Zwischenträger verwendet, um eine lokale Verdampfung von Beschichtungsmaterial von dem Zwischenträger auf das Substrat vorzunehmen. Zur Bedampfung wird das Beschichtungsmaterial vollflächig auf der Transfermaske abgeschieden, anschließend jedoch nur an den gewünschten Orten verdampft. Dazu weist die Transfermaske auf ihrem Zwischenträger reflektierende und absorbierende Bereiche in einer erforderlichen Struktur auf. Ist die Transfermaske über oder, wie bei vielen und insbesondere bei organischen Materialien, auf dem Substrat positioniert, so erfolgt ein Energieeintrag durch Energiestrahlung und damit eine Verdampfung nur in den Bereichen, in denen das Beschichtungsmaterial infolge der Reflektor- und Absorberstruktur der Transfermaske ausreichend Energie aufnimmt um zu verdampfen.
Alternativ zu Transfermasken mit strukturierten Reflektor- und/oder Absorberschichten ist es auch bekannt, den Energieeintrag in die Absorber mittels Schattenmasken lokal differenziert vorzunehmen, bei denen nur an den unbeschatteten Bereichen die Absorberschicht ausreichend erwärmt wird, um dort das Material der Verdampfungsschicht zu verdampfen.
Um möglichst hohe Auflösungen erzielen zu können, wird der Abstand zwischen Transfermaske und Substrat idealerweise sehr niedrig sein. Bevorzugt wird ein Kontakt zwischen beiden hergestellt. Im Kontaktmodus kann es jedoch zu ungewollten Effekten in der Schichtmorphologie, beispielsweise Texturen, kommen. Zur Einstellung eines sehr kleinen Abstandes unter Vermeidung der Texturen wird in der US 2009/0169809 A1 die Reflektorschicht mit einer dem Abstand entsprechenden Dicke ausgebildet und stellt in strukturierter Form Distanzelemente dar, die in verdampfungsfreien Bereichen angeordnet sind. Jedoch werden damit die Kosten der, meist aus Edelmetall hergestellten, Reflektorschicht vervielfacht und die Variabilität des Aufbaus der Transfermaske und der eingesetzten Materialien eingeschränkt.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die strukturierte Bedampfung mittels Transfermaske und eine dazu verwendbare Transfermaske zu gestalten, dass der für die Transfermaske verwendbare Aufbau und die verwendbaren Materialien, insbesondere auch für die Verdampfung organischer Materialien, in größerem Maße unter Vermeidung der bekannten Schichtfehler in der abgeschiedenen Schicht variierbar sind.
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Transfermaske nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren zu deren Herstellung nach Anspruch 7 und ein Bedampfungsverfahren nach Anspruch 9 sowie eine dazu verwendbare Bedampfungsvorrichtung nach Anspruch 12 vorgeschlagen. Jeweils darauf bezogene abhängige Ansprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes des unabhängigen Anspruchs.
Mittels der vorgeschlagenen Transfermaske erfolgt eine Einstellung eines Abstands zwischen Verdampfungsschicht, und zwar in deren zu verdampfenden Bereichen, nachfolgend als Verdampfungsbereiche bezeichnet, und Substrat (Target-Substrat-Abstand) auf einen reproduzierbar präzisen Betrag für den Transfer des Vedampfungsmaterials zwischen Transfermaske und Substrat. Es hat sich herausgestellt, dass eine Einstellung eines Abstands zwischen dem Substrat und der Oberfläche der Verdampfungsschicht, hier als Target-Substrat-Abstand bezeichnet, und die damit verbundenen Erzeugung eines freien Volumens zwischen beiden Oberflächen für den Materialtransfer zu einer Reduzierung von schichtwachstumsbedingten nachteiligen Morphologieeffekten führt.
Zur kontrollierten, feinen Einstellung des Target-Substrat-Abstands werden erfindungsgemäß Distanzhalter in der Maskenstruktur integriert. Sie sind, bei Betrachtung der Transfermaske im Schnitt, erfindungsgemäß alternativ durch die oder innerhalb der Absorberschicht, durch eine oder innerhalb einer speziellen Distanzschicht oder durch eine oder innerhalb einer Zwischenschicht ausgeführt, wobei sich aufgrund der, zumindest über den horizontalen Schichtoberflächen, gleichmäßig dicken Abscheidung der darüber liegenden Schichten, insbesondere der Verdampfungsschicht, auch bei ergänzenden Zwischenschichten, deren Höhendistanzen in der Verdampfungsschicht wiederspiegelt.
Die durch die Distanzhalter erzeugten Höhendistanzen werden in der erfindungsgemäßen Maskenstruktur in dem Umfang durch die darüber liegenden Schichten abgebildet, dass sich in den verdampfungsfreien und damit übereinstimmend den bedampfungsfreien Bereichen der einzustellende Abstand zwischen der Oberfläche der Verdampfungsschicht und der zu beschichtenden Oberfläche des Substrats ergibt. Dieser Abstand wird nachfolgend auch als Target-Substrat-Abstand bezeichnet. Zur Fortsetzung des grundlegenden Höhenprofils der Distanzhalter in die darüber liegenden Schichten können letztere konform, d.h. mit von der Neigung einer Fläche unabhängiger gleichmäßiger Dicke abgeschieden werden. Alternativ sind auch Abweichungen in der Schichtdicke für einzelne Oberflächenabschnitte möglich. Als horizontal sind die Oberflächen der Schichten zu verstehen, die unabhängig von der Lage der Maske im Wesentlichen parallel zur Oberfläche des Zwischenträgers verlaufen.
Die Distanzhalter sind lateral betrachtet in jenen Bereichen der Transfermaske angeordnet, von welchen keine Bedampfung des Substrats erfolgen soll. Diese Bereiche sind nachfolgend als verdampfungsfreie Bereiche bezeichnet und werden je nach Art des lokal differenzierten Energieeintrags durch die Strukturen der Absorber- und/oder Reflektorschicht oder alternativ durch die Struktur einer Schattenmaske zur Bestrahlung der Transfermaske definiert.
Die erfindungsgemäße Anordnung der Distanzhalter in den verdampfungsfreien Bereichen der Transfermaske in Verbindung mit der Nutzung verschiedener Schichten führt dazu, dass die Bedampfung durch die Distanzhalter nicht beeinflusst wird und für Gestalt, Dichte und Material der Distanzhalter eine größere Variabilität zur Verfügung steht. Darüber hinaus können für eine Reflektorschicht die verwendbaren Materialien, die Schichtdicke und die Strukturgrößen nach Kosten- und Verfahrensgesichtspunkten frei optimiert werden. Auch Transfermasken ohne oder mit eingebetteter Reflektorschicht sind alternativ möglich.
Erfindungsgemäß können die Distanzhalter aus dem Material der Absorberschicht bestehen und in der Absorberschicht oder durch die Strukturierung der Schicht selbst gebildet werden. Damit sind die Distanzhalter in der üblichen, auch hinsichtlich der Schichtanzahl minimierten, Transfermaske integrierbar und ohne zusätzliche Verfahrensschritte mit den bekannten Verfahren zur Transfermaskenherstellung zu formen. Sofern es aufgrund der Materialien, deren Wärmeleitfähigkeit, Abscheidungseigenschaften, Höhen der Distanzhalter erforderlich oder sinnvoll ist, können sie alternativ auch aus anderen Materialien und in einer Distanzschicht oder einer Zwischenschicht innerhalb des Schichtstapels hergestellt werden. Beides ist ohne Beeinflussung des Absorptionsverhaltens der Maske möglich.
Eine Zwischenschicht innerhalb des Schichtstapels hat regelmäßig verschiedene, die Eignung der Transfermaske für die Beschichtung verbessernde Funktionen inne, wie z.B. die thermische Trennung zwischen einer Reflektor- und der Absorberschicht oder die Verbesserung der Haftung dieser oder anderer benachbarter Schichten. Ergänzend zu diesen Funktionen ist in dieser alternativen Ausgestaltung der Erfindung auch der Target-Substrat-Abstand einstellbar.
Auch eine separate Distanzschicht ist möglich, welche die größtmögliche Variabilität hinsichtlich des verwendbaren Materials und der herzustellenden Schichtdicken bietet. Die Distanzschicht hat im Unterschied zur Zwischenschicht keine weiteren Funktionen neben der Einstellung des Target-Substrat-Abstands und kann in den verschiedensten Lagen im Schichtstapel der Transfermaske eingefügt werden, als unterste Schicht ebenso wie als oberste Schicht oder in den verschiedensten möglichen Zwischenpositionen. Die Distanzelemente sind in dieser Ausgestaltung durch die Strukturelemente der strukturierten Distanzschicht ausgebildet.
Durch die Höhe der Distanzhalter in jeder der drei genannten Schichten und/oder durch die Dickenprofile der gegebenenfalls darüber abgeschiedenen Schichten ist der gewünschte Target-Substrat-Abstand gezielt herstellbar. In jedem Fall sind die Distanzhalter in den verdampfungsfreien Bereichen angeordnet.
In einer Ausgestaltung der Transfermaske enthält die Transfermaske eine strukturierte Reflektorschicht, in deren Strukturbereichen die Distanzhalter angeordnet sind.
In der letztgenannten Ausgestaltung der Transfermaske können die Distanzhalter beabstandet zu den Verdampfungsbereichen oder die einzelnen Verdampfungsbereiche umgebend angeordnet sein. Ein Abstand zwischen Distanzhaltern und Verdampfungsbereichen gestattet während der Verdampfung einen Gasaustausch zwischen den Verdampfungsbereichen innerhalb des Volumens, das sich zwischen Transfermaske und Substrat gebildet hat.
Werden in einer alternativen oder ergänzenden Gestaltung der Distanzhalter diese so angeordnet, dass ein Distanzhalter jeweils einen Verdampfungsbereich umgibt, so dass sich kraterförmige Anordnungen mit Vertiefung ergeben, kann infolge des Kontaktes des Substrats mit der Transfermaske nur im Bereich der Distanzhalter ein Austreten des Gases aus den so gebildeten Hohlräumen verhindert werden. Eine solche Anordnung kann beispielsweise für hochpixellierte Strukturen von Vorteil sein.
Sofern die Transfermaske entsprechend einer weiteren Ausgestaltung eine strukturierte Reflektorschicht umfasst, können die Distanzhalter auch durch einige oder alle Strukturbereiche, d. h. bei der Strukturierung der zuvor durchgehend abgeschiedenen Reflektorschicht stehen gebliebenen Bereiche, gebildet sein.
In den beschriebenen alternativen Ausgestaltungen, in denen die Distanzhalter aus dem Material der verschiedenen Schichten bestehen, sind weitere Schichten in der Transfermaske zu ergänzend, die die Abscheidung effizienter und gezielter gestalten lassen. So ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung eine durchgehende, d.h. in ihrer Überdeckung nicht unterbrochene, Deckschicht integrierbar, so dass die Trennung des Verdampfungsmaterials während des Verdampfungsprozesses verbessert und Kanteneffekte vermieden werden können. Auch die Deckschicht bildet die Höhendistanzen der Distanzhalter ab und ist ohne Strukturierung in einem Verfahrensschritt einfach herstellbar. Gleiches kann auch für Zwischenschichten zutreffen, sofern sie nicht für die Distanzhalter verwendet wird.
Aufgrund der dargelegten variablen Gestaltung der Distanzhalter kann die erfindungsgemäße Ausführung von Transfermasken auf die verschiedensten bekannten Arten von Transfermasken angewendet werden, so auch auf reflektorlose Transfermasken, auch solche bei denen mit Schattenmasken gearbeitet wird, oder solche, bei denen die strukturierte Reflektorschicht im Zwischenträger eingebettet ist.
Für die Ausführung des Bedampfungsverfahrens mit einem durch die Distanzhalter definierten Target-Substrat-Abstand wird das Substrat mit der Transfermaske, genau gesagt mit den von den Distanzhaltern der Transfermaske gebildeten Erhebungen in Kontakt gebracht, so dass sich zumindest in den zu verdampfenden Bereichen der Transfermaske ein präziser Target-Substrat-Abstand einstellt.
Anordnungsseitig weist die zur Ausführung des Verfahrens verwendete Bedampfungsvorrichtung neben der erfindungsgemäßen Transfermaske Haltevorrichtungen zur Halterung der Transfermaske und zumindest eines Substrats derart auf, dass Substrat und Transfermaske einander gegenüber liegen und dass zumindest eines von Substrat und Transfermaske mittels geeigneter Translationsmittel ihrer Haltevorrichtung zum jeweils anderen bewegt werden kann zur translatorischen Einstellung Target-Substrat-Abstands und gegebenenfalls auch eines Masken-Substrat-Abstandes.
Aufgrund der bei diesen Bedampfungsverfahren erforderlichen maximalen Target-Substrat-Abstände im so genannten Proximity-Abstand, der, bei bekannten Verfahren meist im Bereich einiger 10 µm, beispielsweise bei 30 µm, liegt, sind präzisionsmechanische Translationsmittel vorteilhaft, um eine präzise und schädigungsfreie Annäherung von Substrat und Transfermaske zu realisieren. Zur Einstellung des Target-Substrat-Abstands mittels der Distanzhalter kann zunächst eine Grobpositionierung zur Einstellung eines Masken-Substrat-Abstandes erfolgen, bei welchem noch kein Kontakt zwischen Transfermaske und Substrat besteht. Dieser Abstand liegt beispielsweise im Bereich von 0,5 µm bis 500 µm, kann in Abhängigkeit von der Gestaltung der Transfermaske und den abzuscheidenden Materialien auch über diese Grenzen hinausgehen. Hier kann der Abstand über Positionssensoren sehr genau eingestellt und variiert werden.
In Verlauf der sich von dieser Position aus anschließenden weiteren Annäherung mittels der oben genannten Translationsmittel werden Substrat und Transfermaske miteinander in Kontakt gebracht und so der Target-Substrat-Abstand eingestellt. Mittels der erfindungsgemäßen Transfermaske mit Distanzhalter können Target-Substrat-Abstände im Bereich von 0,1 µm bis 10 µm oder darüber präzise eingestellt werden, indem die Distanzhalter die gewünschte Höhe aufweisen.
Sowohl die Maskenstruktur als auch der einstellbare Target-Substrat-Abstand im Mikrometerbereich sind insbesondere auch für Bedampfungsverfahren anwendbar, deren Energieeintrag in die Transfermaske mittels RTP-Prozess erfolgt. Mit der erfindungsgemäßen Transfermaske wird, auch bei sehr kurzen Energieimpulsen, die Verdampfungsschicht in ihrer gesamten Dicke so gleichmäßig erhitzt, dass im thermischen Grenzbereich zur Verdampfung entstehende hohe Drücke innerhalb der Verdampfungsschicht vermieden werden können. Insbesondere eine mit dem hohen, blitzartigen, bis über die Verdampfungstemperatur erfolgenden Verdampfungseintrag der RTP-Behandlung nur in die untersten, der Absorberschicht zugewandten Bereiche der Verdampfungsschicht und eine dadurch mögliche Fragmentierung in der Verdampfungsschicht und der Transport der Fragmente zum Substrat wird durch die Wärmespeicherfähigkeit in der Transfermasken verhindert.
Typischerweise sind sogenannte RTP-Verfahren (Rapid Thermal Processing) solche Verfahren zum Energieeintrag mittels Strahlung, bei denen besonders hohe Temperaturanstiegs- bzw. abkühlungsraten erreicht werden können. Um diese hohen Temperaturanstiegs- und Abkühlungsraten zu erreichen, werden Hochenergielampen, wie z. B. Halogenlampen oder Blitzlampen, zum Einsatz gebracht. Mit derartigen Strahlungsmitteln ist es prinzipiell möglich, bestrahlte und die Strahlung absorbierende Bereiche stark, z. B. mehrere hundert bis über tausend Grad Celsius, zu erhitzen und dabei darunter liegende Bereiche, häufig den Schichtträger, nur bis in eine Tiefe von wenigen Mikrometern zu erwärmen. Weiter in der Tiefe liegende Schichten bzw. Bereiche des Substrates bleiben aufgrund der Dauer der Einwirkungszeit und einer hohen Leistungsdichte dabei zumindest nahezu auf Ausgangstemperatur. Üblich sind RTP-Behandlungen mit Schaltzeiten mit einer Dauer von wenigen Sekunden oder kürzer, bevorzugt in der Größenordnung von 100 ms oder kleiner, bevorzugt kleiner 10 ms, weiter bevorzugt kleiner 1 ms.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Transfermaske werden die einzelnen Schichten einer Transfermaske, die zumindest eine Absorberschicht, eine darüber liegende Deckschicht und die Verdampfungsschicht und optional Distanzschicht, aus welcher durch Strukturierung Distanzhalter gebildet werden, oder eine Reflektorschicht oder weitere Zwischenschichten enthält, mit geeigneten Verfahren auf dem transparenten Zwischenträger abgeschieden und die zu strukturierenden Schichten jeweils nach ihrer Abscheidung strukturiert.
Für die Abscheidung der oben beschriebenen Schichten der Transfermaske eignen sich verschiedene Beschichtungsverfahren. Z. B. sind das Sputtern, Bedampfen, CVD-Verfahren, Rotationsbeschichtungen (Spin Coating) oder Sol-Gel-Verfahren möglich. Je nach Schichtstruktur der Transfermaske und den erforderlichen Eigenschaften der einzelnen Schichten sind sowohl ein einheitliches Verfahren zur Herstellung der gesamten Transfermaske, z. B. das Sputtern, als auch Kombinationen der genannten Verfahren, auch in einem Durchlaufverfahren möglich. Darüber hinaus werden substraktive Verfahrensschritte zur Herstellung der Struktur von Einzelschichten oder des Schichtsystems wie Trocken- oder Nassätzen unter Verwendung der Fotolithografie oder ein mechanisches oder mechanisch-chemisches Polieren eingesetzt. Diese additiven und substraktiven Verfahren sind dem Fachmann sämtlich hinreichend bekannt, um optimale Schichteigenschaften und Verfahrenskombinationen zu erzielen.
Darüber hinaus kann es sich als vorteilhaft erweisen, dass Vor- und Zwischenbehandlungsschritte in den Verfahrensablauf zur Abscheidung und Strukturierung der Schichten der Transfermaske eingefügt werden, die ebenfalls verschiedene Technologien verwenden. So kann z. B. die Haftung einzelner Schichten durch Plasmareinigung oder durch Aufbringen einer Haftschicht verbessert werden.
Für die Ausbildung der Distanzhalter, insbesondere wenn sie in der Reflektorschicht ausgebildet werden, aber ebenso, wenn ihre exakte Positionierung von Bedeutung ist, wie zum Beispiel für die oben beschriebenen Kraterstrukturen, kann die Strukturierung mittels lokalen Plasmaätzens von Vorteil sein. Das Plasmaätzen führt zu steilen Kanten mit hohem Aspekt-Verhältnis, so dass z. B. Flankensteilheit der Kanten in der Reflektorschicht beeinflusst werden kann. Werden hingegen andere Strukturierungsverfahren mit weniger steilen Kanten oder Unterschneidungen eingesetzt, wie z. B. das nasschemische Ätzen, bei dem starke Unterätzungen mit flachen Kantenverläufen und niedrigem Aspekt-Verhältnis entstehen, werden solche Kantenverläufe im Layout der Strukturierungsmasken berücksichtigt.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt
1A, bis 1C alternative Ausführungsformen eines Zwischenträgers mit Absorberschicht und Distanzelementen einer erfindungsgemäßen Transfermaske in Schnittdarstellung,
2A, 2B alternative Ausführungsformen eines Zwischenträgers mit einer Absorberschicht und Distanzelementen einer erfindungsgemäßen Transfermaske in Draufsicht,
3 Anordnung einer erfindungsgemäßen Transfermaske gegenüber einem Substrat mit Target-Substrat-Abstand (a_f) und
4 Anordnung einer erfindungsgemäßen Transfermaske gegenüber einem Substrat mit Masken-Substrat-Abstand (a_g).
Die nachfolgend beschriebenen Figuren stellen stark schematisierte Zeichnungen dar, in denen jene Merkmale dargestellt sind, die für das Verständnis der Erfindung relevant sind. Ihnen sind weder alle Komponenten des realen Erzeugnisses oder der realen Vorrichtung zu entnehmen, noch entsprechen die dargestellten Größen oder Größenverhältnisse der realen Gegebenheiten.
Die Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Transfermaske 1 gemäß der 1A bis 1C zeigen erfindungsgemäße Transfermasken 1, bei denen der besseren Übersicht wegen die die Maskenstruktur überdeckende Deckschicht und Verdampfungsschicht nicht dargestellt wurden. Alle drei Ausführungsformen weisen auf dem transparenten Zwischenträger 2 eine strukturierte Reflektorschicht 4 auf.
1A stellt eine Ausgestaltung einer Transfermaske dar, auf deren planen, die strukturierte Reflektorschicht 4 bedeckenden Absorberschicht 6 separate Distanzelemente 7 ausgebildet sind, und zwar genau über den Strukturbereichen der Reflektorschicht 4, d. h. in deren Schatten.
In 1A ist über der strukturierten Reflektorschicht 4 eine einebnende Absorberschicht 6 abgeschieden. Die dargestellten Strukturbereiche der Reflektorschicht 4 sind jene Bereiche, in welchen die darüber liegende Absorberschicht 6 infolge der Bestrahlung der Transfermaske 1 durch den Zwischenträger 2 hindurch nicht auf die zur Verdampfung erforderliche Temperatur erwärmt wird. Erfindungsgemäß dienen diese Bereiche, die die verdampfungsfreien Bereiche 9 bilden, zur Anordnung von Distanzelementen 7, die beispielsweise aus einer Distanzschicht 11 hergestellt werden. Dazu weisen die Distanzelemente 7 jene Höhe auf, die dem einzustellenden Target-Substrat-Abstand a_f entspricht. Zwischen verdampfungsfreien Bereichen 9 sind sogenannte Verdampfungsbereiche 15 angeordnet.
In 1B wird über der strukturierten Reflektorschicht 4 eine erste einebnende Absorberschicht 6 abgeschieden. Darüber werden Distanzelemente 7 aus demselben absorbierenden Material beispielsweise mittels Lift-Off Verfahren in den Strukturbereichen der Reflektorschicht 4 hergestellt. So entstehen die Distanzelemente 7 aus der Absorberschicht 6.
In 1C wird über der strukturierten Reflektorschicht 4 eine erste einebnende Absorberschicht 6 abgeschieden. Darüber werden die Distanzelemente 7 beispielsweise aus einer Distanzschicht 11 hergestellt und mit einer Schicht aus demselben absorbierenden Material überdeckt. So entstehen die Distanzelemente 7 in der Absorberschicht 6.
Vergleichbar der Ausführung gemäß 1A sind auch in den Ausführungsformen der 1B und 1C die Verdampfungsbereiche 15 und verdampfungsfreien Bereiche 9 durch die strukturierte Reflektorschicht 4 bestimmt.
Aufgrund der konformen Abscheidung der Absorberschicht 6 über der strukturierten Reflektorschicht 4, die wie unten zu 3 beschreiben wird, durch die darüber liegenden Schichten wie Deckschicht (nicht dargestellt) und Verdampfungsschicht (nicht dargestellt) fortgesetzt wird, wird die Transfermaske 1 den dargestellten Sprung mit der Höhe a_f auch in der Verdampfungsschicht aufweisen.
Die Ausführungsformen der Transfermaske 1 in den 2A und 2B zeigen die Lage von Verdampfungsbereichen 15 relativ zur Lage der Distanzelemente 7 in der Draufsicht über die Maskenfläche verteilt. Auch hier liegen die Distanzelemente 7 stets im Schattenbereich von geeigneten, unterhalb der Absorberschicht 6 liegenden strukturierten Elementen, wie einer Reflektorschicht oder einer Schattenmaske unterhalb des Zwischenträgers 2, und ragen in ihrer Höhe (in Betrachtungsrichtung), wie oben beschrieben, über die Verdampfungsbereiche um den Betrag des Target-Substrat-Abstands a_f hinaus.
In der Ausgestaltung gemäß 2A sind in den Bereichen zwischen den Verdampfungsbereichen 15, die beispielhaft rechteckig dargestellt sind, eine Vielzahl von Distanzelementen 7 in einer Distanzschicht 11 angeordnet. Die Distanzelemente 7 (in der Distanzschicht 11) in 2B sind ringförmig um die Verdampfungsbereiche 15 angeordnet.
3 stellt eine Transfermaske 1 dar, die im Bereich der Distanzelemente 7 und damit im verdampfungsfreien Bereich 9 über die Verdampfungsschicht 12 mit einem Substrat 20 in Kontakt steht, so dass im zu verdampfenden Bereich 15 der Transfermaske 1 der Target-Substrat-Abstand a_f besteht.
Die Transfermaske nach 3 umfasst wie oben zu 1 beschrieben einen Zwischenträger 2, auf dessen Rückseite 14 ein Schichtstapel 13 abgeschieden ist. Als Rückseite 14 wird hier die Seite des Zwischenträgers 2 bezeichnet, die im Bedampfungsverfahren eines Substrats 20 dem Substrat 20 zu- und der Bestrahlung (durch Pfeile dargestellt) durch eine Lichtquelle (nicht dargestellt) abgewendet ist. Als Material für den Zwischenträger sind z. B. Quarzglas, Weißglas und Saphirglas geeignet, die mechanisch und chemisch sehr beständig sind und zudem eine hohe Transmission aufweisen.
Im Zwischenträger 2 eingebettet ist eine Reflektorschicht 4. Diese wurde strukturiert, so dass nur dort Strukturbereiche stehen blieben, wo das Licht der Lichtquelle reflektiert und später auf einem Substrat 20 kein Verdampfungsmaterial abgeschieden werden soll. Diese Bereiche sind hier als verdampfungsfreien Bereiche 9 bezeichnet. Die Einbettung kann je nach Art des Zwischenträgers 2 durch verschiedene Verfahren erfolgen, z.B. durch Laminieren mit zwischenliegender strukturierter Reflektorschicht 4 bei Kunststoffmaterialien oder durch eine Beschichtung eines die strukturierte Reflektorschicht 4 aufweisenden Zwischenträgers 2 aus Glas mit Siliziumdioxid.
Der Schichtstapel 13 umfasst direkt auf dem Zwischenträger 2 eine mittels Sputtern abgeschiedene Distanzschicht 11. Die Distanzschicht 11 ist, wie oben zur 1A beschrieben, mit einer Dicke entsprechend dem Target-Substrat-Abstand a_f abgeschieden und bildet die Distanzelemente 7. Dazu ist die Distanzschicht 11 so strukturiert, dass ihre Strukturbereiche stets nur über Strukturbereichen der Reflektorschicht 4, d.h. in deren Schatten, bezogen auf den Lichteinfall, angeordnet sind.
Über der Distanzschicht 11 ist die Absorberschicht 6 abgeschieden, so dass sie durchgehend ist und den Höhensprüngen der Distanzschicht 11 folgt, die grundlegende laterale Strukturierung der Distanzschicht 11 abbildend. Zwischen Distanzschicht 11 und Absorberschicht 6 kann optional eine Zwischenschicht 8 abgeschieden sein, so dass diese die Distanzschicht 11 und den Zwischenträger 2 in den geätzten Bereichen der Distanzschicht 11 überdeckt.
Abgedeckt wird die Maskenstruktur durch eine 10–200 nm dicke Deckschicht 10. Auch diese Schicht ist gesputtert. Über der Deckschicht 10 ist das zu verdampfende, z. B. organische oder metallische Material der Verdampfungsschicht 12 mittels thermischer Vakuumbedampfung aufgetragen. Beide Schichten folgen, wie auch die Absorberschicht 6, in der Höhe den Sprüngen der Distanzschicht 11, so dass die Bereiche der Verdampferschicht 12, die über den Distanzhaltern 7 liegen um den Betrag a_f über die umgebende Fläche der Verdampfungsschicht hinausragen.
In 3 ist eine besondere Ausgestaltung einer Transfermaske dargestellt, deren Absorberschicht 6 sich von der in 1A durch eine nicht konforme Schichtdicke unterscheidet. Diese Ausführungsform der Absorberschicht 6 zeigt über den vertikalen Flächen der Distanzelemente 7, d.h. über den Kanten der strukturierten Zwischenschicht 8 eine geringere Dicke im Vergleich zu den horizontalen Flächen. Eine solche nicht konforme Abscheidung erfolgt beispielsweise mittels eines Sputterverfahrens. Die geringe Kantenkonformität ermöglicht eine Verminderung oder Unterbrechung der Wärmeleitung in der Absorberschicht 6 und damit eine verbesserte Auflösung der abzubildenden Strukturen. Diese nichtkonforme Abscheidung der Absorberschicht 6 setzt sich im dargestellten Ausführungsbeispiel auch in den darüber liegenden Schichten fort. Alternativ können auch keine oder einzelne der darüber liegenden Schichten dieses Schichtdickenprofil aufweisen oder auch die Absorberschicht konform abgebildet sein.
4 stellt eine Vorrichtung zur Ausführung des Bedampfungsverfahrens mit einer erfindungsgemäßen Transfermaske 1 auf. Die Transfermaske 1 und das Substrat 20 werden durch zwei Haltevorrichtungen 24, 24‘ einander gegenüber liegend gehalten. Die Transfermaske 1 ist in 4 zur Verdeutlichung des Verfahrens nur schematisch und ohne die oben beschriebenen alternativ möglichen Schichtstrukturen dargestellt.
Die Haltevorrichtung 24 des Substrats 20, alternativ auch die andere oder beide, weist ein Translationsmittel auf, mit welchem das Substrat 20 mit einer Bewegungsauflösung im Mikrometerbereich zur Transfermaske 1 hin und weg bewegt werden kann (dargestellt durch einen Doppelpfeil).
Zur strukturierten Bedampfung des Substrats 20 mittels der Transfermaske 1 (Struktur und Distanzelemente sind der besseren Übersicht wegen nicht dargestellt) wird die mit einer Verdampfungsschicht 12 belegte Oberfläche einer Transfermaske 1 relativ zu einem Substrat 20, mit dem Target-Substrat-Abstand a_f, wie zu 3 beschrieben platziert. Dazu wird zunächst mittels der Haltevorrichtung 24 des Substrats 20 eine Grobpositionierung vorgenommen, in welcher sich Substrat 20 und Transfermaske 1 mit einem Maske-Substrat-Abstand a_g gegenüber liegen. Von dort aus wird der Abstand verringert, bis das Substrat 20 mit der Transfermaske 1 im Bereich deren Distanzhalter in Kontakt steht und der Target-Substrat-Abstand a_f eingestellt ist.
Anschließend wird das Verdampfungsmaterial der Transfermaske 1 durch deren transparenten Zwischenträger 2 mit Hilfe einer Strahlungsquelle 22, einem Blitzlampen-Array, belichtet. Ähnlich wie bei der optischen Lithographie kann über einen Shutter 28 die Strahlungsquelle 22 ein- bzw. ausgeschaltet werden. Das Blitzlampen-Array arbeitet im Blitzbetrieb zur Erwärmung der Verdampfungsschicht 12 zu dessen Verdampfung.
Durch den Energieeintrag von der Strahlungsquelle 22 erwärmt sich die Absorberschicht 6 entsprechend ihrer eigenen Struktur oder einer Schattenmaskenstruktur (nicht dargestellt) oder invers zur Struktur einer Reflektorschicht 4, sodass das Material der Verdampfungsschicht 12 ausschließlich an den entsprechenden Stellen verdampft wird und sich auf jenen Bereichen der Oberfläche des Substrats 20 als strukturierte Beschichtung 26 niederschlägt, welche der erwärmten Absorberschicht 6 gegenüber liegen.
Nach der Abschaltung der Strahlungsquelle 22 durch den Shutter 28 erfolgt eine rasche Abkühlung der Absorberschicht 6 durch die thermische Anbindung an den Zwischenträger 2, welcher eine relativ hohe Wärmekapazität hat. Mit diesem Verfahren können Strukturen kleiner als 10 µm-Bereich von der Transfermaske 1 auf das Substrat 20 übertragen werden.
Bezugszeichenliste

1: Transfermaske
2: Zwischenträger
4: Reflektorschicht
6: Absorberschicht
7: Distanzhalter
8: Zwischenschicht
9: verdampfungsfreier Bereich
10: Deckschicht
11: Distanzschicht
12: Verdampfungsschicht
13: Schichtstapel
14: Rückseite
15: Verdampfungsbereich
20: Substrat
22: Strahlungsquelle
24, 24‘: Haltevorrichtung
26: Translationsmittel
28: Shutter
a_g: Masken-Substrat-Abstand
a_f: Target-Substrat-Abstand
d_a: Dicke Absorberschicht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009041324 A1 [0003]
US 2009/0169809 A1 [0005]

Claims

Transfermaske zur strukturierten Bedampfung von Substraten (20) mit einem transparenten Zwischenträger (2), auf dessen Rückseite (14) ein Schichtstapel (13) angeordnet ist, der zumindest eine Absorberschicht (6) aus einem strahlungsabsorbierenden Material und darüber eine durchgehende Verdampfungsschicht (12) des zu verdampfenden Materials derart umfasst, dass die Verdampfungsschicht (12) nur abschnittsweise in Verdampfungsbereichen (15) verdampfbar ist, wobei der Schichtstapel (13) der Transfermaske (1) eine Mehrzahl von Distanzhaltern (7) gleicher Höhe zur Einstellung einer Distanz der Verdampfungsschicht (12) zu einem zu bedampfenden Substrat (20) in jenen verdampfungsfreien Bereichen (9) der Verdampfungsschicht (12) umfasst, von welchen keine Bedampfung des Substrats (20) erfolgen soll dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzhalter (7) in der Absorberschicht (6) aus dem strahlungsabsorbierendem Material oder in einer Distanzschicht (11) oder einer Zwischenschicht (8) innerhalb des Schichtstapels (13) ausgebildet sind.
Transfermaske zur strukturierten Bedampfung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Transfermaske (1) eine strukturierte Reflektorschicht (4) umfasst und die Distanzhalter (7) in den Strukturbereichen der Reflektorschicht (4), die die verdampfungsfreien Bereiche (9) bilden, angeordnet sind.
Transfermaske zur strukturierten Bedampfung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzhalter (7) beabstandet zu den Verdampfungsbereichen (15) und/oder einzelne Verdampfungsbereiche (15) jeweils umgebend angeordnet sind.
Transfermaske zur lokalen Bedampfung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtstapel (13) über der Absorberschicht (6) eine durchgehende Deckschicht (10) und darüber eine durchgehende Verdampfungsschicht (12) aufweist.
Transfermaske zur lokalen Bedampfung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtstapel (13) keine Reflektorschicht (4) umfasst.
Transfermaske zur lokalen Bedampfung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtstapel (13) eine strukturierte Reflektorschicht (4) umfasst, welche im Zwischenträger (2) eingebettet ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung einer Transfermaske (1), wobei auf einem transparenten Zwischenträger (2) die einzelnen Schichten des Schichtstapels (13) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 übereinander abgeschieden und, sofern für die jeweilige Schicht erforderlich, mittels subtraktivem Verfahren strukturiert werden.
Verfahren zur Herstellung einer Transfermaske (1) nach Anspruch 7, wobei die Distanzhalter (7) durch lokales Plasmaätzen oder durch lokales nasschemisches Ätzen einer zuvor abgeschiedenen, unstrukturierten Absorberschicht (6) oder Distanzschicht (11) oder Zwischenschicht (8) ausgebildet werden.
Bedampfungsverfahren zur lokal differenzierbaren Bedampfung von Substraten (20) von einer Transfermaske (1), die auf einem transparenten Zwischenträger (2) zumindest eine Absorberschicht (6) und darüber eine durchgehende Verdampfungsschicht (12) des zu verdampfenden Materials derart umfasst, dass die Verdampfungsschicht (12) nur abschnittsweise verdampfbar ist, wobei, indem das Verdampfungsmaterial durch Energieeintrag in die Absorberschicht (6) mittels Strahlung korrespondierend zu den abzuscheidenden Strukturen nur lokal verdampft wird und sich lokal auf einem der Transfermaske (1) gegenüber liegenden Substrat (20) niederschlägt, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedampfung von einer Transfermaske (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 erfolgt, wobei ein definierter Target-Substrat-Abstand (a_f), als Abstand zwischen der Verdampfungsschicht (12) in deren zu verdampfenden Bereichen und dem Substrat (20), eingestellt wird, indem das Substrat (20) mit den mittels Distanzhaltern (7) der Transfermaske (1) gebildeten Erhebungen in Kontakt gebracht wird.
Bedampfungsverfahren zur lokal differenzierbaren Bedampfung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Einstellung des Target-Substrat-Abstands (a_f) ein Masken-Substrat-Abstand (a_g) eingestellt wird, in welchem kein Kontakt zwischen Transfermaske (1) und Substrat (20) besteht.
Bedampfungsverfahren zur lokal differenzierbaren Bedampfung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedampfung mittels RTP-Behandlung erfolgt.
Bedampfungsvorrichtung zur lokal differenzierbaren Bedampfung von Substraten (20) mit einer Transfermaske (1), die auf einem transparenten Zwischenträger (2) zumindest eine Absorberschicht (6) und darüber eine durchgehende Verdampfungsschicht (12) des zu verdampfenden Materials derart umfasst, dass die Verdampfungsschicht (12) nur abschnittsweise verdampfbar ist, mit einer Strahlungsquelle (22) zum Energieeintrag in die Transfermaske (1) mittels Strahlung und mit Haltevorrichtungen (24, 24‘) zur Halterung der Transfermaske (1) und zumindest eines Substrats (20) einander gegenüber liegend, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Transfermaske (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 umfasst und zumindest eine Haltevorrichtung (24, 24‘) Translationsmittel (26) aufweist zur translatorischen Einstellung des Target-Substrat-Abstandes (a_f).