DE102014113944A1

DE102014113944A1 - High resolution transfer mask and method of making the same

Info

Publication number: DE102014113944A1
Application number: DE102014113944.5A
Authority: DE
Inventors: Markus Burghart; Georg Haasemann
Original assignee: Von Ardenne GmbH
Current assignee: Von Ardenne GmbH
Priority date: 2014-09-26
Filing date: 2014-09-26
Publication date: 2016-04-14
Also published as: WO2016045667A2; WO2016045667A9; DE112015004413B4; DE112015004413A5; WO2016045667A3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Transfermaske für Transferlithografieverfahren sowie ein Verfahren zu deren Herstellung. Es wird eine Transfermaske umfassend einen transparenten Träger T und eine darüber angeordnete Funktionsschicht FS, welche absorbierende Bereiche AB aus einem strahlungsabsorbierenden Material und reflektierende Bereiche RB aus einem strahlungsreflektierenden Material aufweist, angegeben. Um das Auflösungsvermögen der Transfermaske zu verbessern, sind die absorbierenden Bereiche AB und die reflektierenden Bereiche RB über Freiräume F zueinander beabstandet angeordnet.The invention relates to a transfer mask for transfer lithography processes and to a process for their production. The invention relates to a transfer mask comprising a transparent support T and a functional layer FS arranged above it, which has absorbent areas AB made of a radiation-absorbing material and reflective areas RB made of a radiation-reflecting material. In order to improve the resolving power of the transfer mask, the absorbing areas AB and the reflecting areas RB are spaced apart from each other by spaces F.

Description

Die Erfindung betrifft eine Transfermaske für Transferlithografieverfahren und ein Verfahren zu deren Herstellung. The invention relates to a transfer mask for transfer lithography processes and to a process for their production.

Transfermasken dienen der 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. Transfer masks are used to transfer structures to a substrate by imaging the structures to be produced on the mask and transferring them to a substrate with the aid of the mask.

Aus der DE 10 2009 041 324 A1 ist ein Verfahren zur lokalen Bedampfung eines Substrats mittels einer Transfermaske bekannt. In diesen Verfahren wird ein transparenter Träger verwendet, um eine lokale Verdampfung von organischem Beschichtungsmaterial von dem Träger auf das Substrat vorzunehmen. Hier erfolgt die Ausbildung der Strukturen auf dem Substrat durch additive, d.h. Material hinzufügende Verfahren. Zur Bedampfung wird das Beschichtungsmaterial vollflächig auf der Transfermaske abgeschieden, anschließend jedoch nur an den gewünschten Orten verdampft. Dazu weist die Transfermaske auf ihrem Träger reflektierende oder absorbierende Bereiche oder beides in einer erforderlichen Struktur auf. Ist die Transfermaske über oder auf dem Substrat positioniert, so erfolgt ein Energieeintrag durch Energiestrahlung und damit eine Verdampfung nur in den Bereichen, in denen das Beschichtungsmaterial ausreichend Energie aufnimmt um zu verdampfen. Aufgrund der bei diesem Verfahren abzuscheidenden Schichtdicken im Bereich einiger 100 nm ist ein impulsartiger Energieeintrag ausreichend für die Verdampfung organischen Materialien. From the DE 10 2009 041 324 A1 For example, a method for local evaporation of a substrate by means of a transfer mask is known. In these methods, a transparent support is used to effect local evaporation of organic coating material from the support to the substrate. Here, the formation of the structures on the substrate by additive, that is adding material process. For vapor deposition, the coating material is deposited over the entire surface of the transfer mask, but then evaporated only at the desired locations. For this purpose, the transfer mask has on its support reflective or absorbing areas or both in a required structure. If the transfer mask is positioned above or on the substrate, energy is introduced by energy radiation and therefore evaporation only in the areas in which the coating material absorbs sufficient energy to evaporate. Due to the layer thicknesses to be deposited in this process in the range of a few 100 nm, a pulse-like energy input is sufficient for the evaporation of organic materials.

Aus der DE 10 2011 082 956 A1 sind zwei grundsätzlich verschiedene Varianten der Anordnung der absorbierenden und reflektierenden Bereiche bekannt. Einerseits besteht die Möglichkeit, eine geschlossene Absorptionsschicht über zuvor abgeschiedenen reflektierenden Bereichen abzuscheiden. Andererseits besteht die Möglichkeit eines sogenannten koplanaren Aufbaus, indem reflektierende und absorbierende Bereiche gemeinsam in einer Ebene vorliegen. From the DE 10 2011 082 956 A1 Two basically different variants of the arrangement of the absorbing and reflecting regions are known. On the one hand, it is possible to deposit a closed absorption layer over previously deposited reflective areas. On the other hand, there is the possibility of a so-called coplanar structure in that reflecting and absorbing regions are present together in one plane.

Problematisch erweist sich generell die Auflösung der zu übertragenden Strukturen. Die Auflösung wird maßgeblich durch die Impulsdauer der Strahlungsquelle und die Wärmeübertragung, insbesondere die Wärmeleitung, innerhalb der Transfermaske bestimmt. Durch thermischen Kontakt zwischen den Materialien kommt es zu einem unerwünschten thermischen Ausgleich zwischen absorbierenden Bereichen und reflektierenden Bereichen, der eine lokale Abkühlung der absorbierenden Bereiche und eine Erwärmung der reflektierenden Bereiche zur Folge hat. Dies führt zu einer Unschärfe im Grenzbereich und einer damit einhergehenden Reduktion der Auflösung. In general, the resolution of the structures to be transferred proves to be problematic. The resolution is largely determined by the pulse duration of the radiation source and the heat transfer, in particular the heat conduction, within the transfer mask. Thermal contact between the materials results in undesirable thermal balance between absorbing regions and reflective regions, resulting in local cooling of the absorbent regions and heating of the reflective regions. This leads to a blurring in the border area and a concomitant reduction of the resolution.

Die Wärmeleitung ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn Materialien mit einer hohen Siedetemperatur verdampft werden sollen, da dies eines entsprechend hohen Wärmeeintrags bedarf. The heat conduction is particularly important when materials are to be evaporated with a high boiling temperature, since this requires a correspondingly high heat input.

Aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der in der Transfermaske miteinander kombinierten Materialien kommt es zudem zu thermischen Spannungen, welche sich genauso wie Diffusions- und Reaktionsprozesse innerhalb der Transfermaske negativ auf deren Nutzungsdauer auswirken. Zur Verringerung der Wärmeleitung zwischen reflektierenden und absorbierenden Bereichen innerhalb der Transfermaske beschreibt die US 8 277 871 B2 die Verwendung einer Isolierschicht zwischen beiden Bereichen. Damit verbunden ist jedoch ein höherer Herstellungsaufwand, da eine zusätzliche Schicht auf dem Träger der Transfermaske abgeschieden werden muss. Zudem verhindert eine solche Isolierschicht nicht das Auftreten von thermischen Spannungen, sondern kann diese ggf. sogar verstärken. Due to the different coefficients of thermal expansion of the materials combined in the transfer mask, thermal stresses also occur which, like diffusion and reaction processes within the transfer mask, have a negative effect on their service life. To reduce the heat conduction between reflective and absorbent areas within the transfer mask describes the US Pat. No. 8,277,871 B2 the use of an insulating layer between both areas. However, this involves a higher manufacturing outlay, since an additional layer has to be deposited on the carrier of the transfer mask. In addition, such an insulating layer does not prevent the occurrence of thermal stresses, but may possibly even amplify them.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Transfermaske mit einem verbesserten Auflösungsvermögen und ein Verfahren zu deren Herstellung anzugeben. Insbesondere soll das Auflösungsvermögen der Transfermaske kleiner als 10 µm sein. The object of the invention is to specify a transfer mask with improved resolution and a method for its production. In particular, the resolution of the transfer mask should be less than 10 microns.

Weiterhin soll die Transfermaske einen einfachen Aufbau mit möglichst wenigen Schichten aufweisen und kostengünstig herstellbar sein. Zudem soll die Nutzungsdauer der Transfermaske erhöht werden. Furthermore, the transfer mask should have a simple structure with as few layers as possible and be inexpensive to produce. In addition, the useful life of the transfer mask should be increased.

Die Aufgabe wird durch eine Transfermaske nach Anspruch 1, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Maske nach Anspruch 6, eine Transfermaske mit Verdampfungsschicht nach Anspruch 10 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Maske mit Verdampfungsschicht nach Anspruch 11 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lösungen werden in den jeweils abhängigen Unteransprüchen beschrieben. The object is achieved by a transfer mask according to claim 1, a method for producing such a mask according to claim 6, a transfer mask with evaporation layer according to claim 10 and a method for producing such a mask with evaporation layer according to claim 11. Preferred embodiments of the solutions according to the invention are described in the respective dependent subclaims.

Es wird eine Transfermaske beschrieben, die für einen Einsatz in einem Transferlithografieverfahren geeignet ist, mit welchem auf der Transfermaske, im Folgenden auch nur als Maske bezeichnet, ausgebildete Strukturen auf ein Substrat übertragen werden können. Dazu wird auf der Maske eine durchgehende Verdampfungsschicht aus einem Beschichtungsmaterial abgeschieden und dieses Material anschließend nur an den gewünschten Orten verdampft, so dass das Substrat damit örtlich selektiv beschichtet wird. A transfer mask is described that is suitable for use in a transfer lithography method with which structures formed on the transfer mask, hereinafter also referred to as a mask, can be transferred to a substrate. For this purpose, a continuous evaporation layer is deposited on the mask from a coating material and this material is subsequently evaporated only at the desired locations, so that the substrate is thus locally selectively coated.

Die erfindungsgemäße Maske umfasst einen transparenten Träger und eine darüber angeordnete Funktionsschicht, welche absorbierende Bereiche aus einem strahlungsabsorbierenden Material und reflektierende Bereiche aus einem strahlungsreflektierenden Material aufweist. Es handelt sich um einen koplanaren Aufbau, da reflektierende und absorbierende Bereiche gemeinsam in einer Ebene vorliegen. The mask according to the invention comprises a transparent carrier and a functional layer arranged above it, which has absorbing regions of a radiation-absorbing material and reflective regions of a radiation-reflecting material. It is a coplanar structure, as reflective and absorbing areas are common in one plane.

Erfindungsgemäß sind die absorbierenden und reflektierenden Bereiche über Freiräume zueinander beabstandet angeordnet, d. h. es besteht kein direkter Kontakt zwischen beiden Bereichen. Freiraum bedeutet, dass sich in einem bestimmten Volumen weder das absorbierende noch das reflektierende Material befindet. Optional kann ein Freiraum jedoch durch ein weiteres Material gefüllt sein. According to the invention, the absorbing and reflecting regions are arranged spaced apart from each other by free spaces, i. H. there is no direct contact between the two areas. Free space means that neither the absorbing nor the reflective material is in a given volume. Optionally, however, a free space may be filled by another material.

Die Auswahl des absorbierenden sowie des reflektierenden Materials hängt im Wesentlichen von der jeweiligen Anwendung und dem abzuscheidenden Verdampfungsgut sowie von der verwendeten Strahlungsquelle für den Energieeintrag ab. So muss beispielsweise die Absorption der für die Verdampfung notwendigen Energie gewährleistet werden. Bevorzugt sollte das Absorptions- bzw. Reflexionsmaximum des absorbierenden bzw. reflektierenden Materials im Wellenlängenbereich der verwendeten Strahlungsquelle liegen, um eine ausreichende Absorption bzw. Reflexion sicherzustellen. Bei der Auswahl der absorbierenden bzw. reflektierenden Materialien ist es vorteilhaft, wenn das absorbierende Material eine mindestens 20 % geringere Reflexion aufweist als das reflektierende Material, um einen genügend hohen thermischen Kontrast sicherzustellen. The selection of the absorbing and the reflecting material depends essentially on the particular application and the evaporating material to be deposited and on the radiation source used for the energy input. For example, the absorption of the energy required for evaporation must be ensured. Preferably, the absorption or reflection maximum of the absorbing or reflecting material should be in the wavelength range of the radiation source used in order to ensure sufficient absorption or reflection. In the selection of the absorbent or reflective materials, it is advantageous if the absorbent material has at least a 20% lower reflection than the reflective material to ensure a sufficiently high thermal contrast.

Als absorbierende Materialien haben sich Metalle wie z. B. Molybdän, Wolfram oder Tantal oder Legierungen aus zumindest zwei der genannten Metalle oder Nitride, Oxide und Carbide von z. B. Chrom, Titan, Hafnium oder anderen Metallen als günstig erwiesen, welche sämtlich gute Absorptionseigenschaften aufweisen. As absorbing materials, metals such. As molybdenum, tungsten or tantalum or alloys of at least two of said metals or nitrides, oxides and carbides of z. As chromium, titanium, hafnium or other metals proved to be favorable, which all have good absorption properties.

Als reflektierende Materialien sind z. B. Silber, Aluminium, Chrom, Titan oder Hafnium geeignet. As reflective materials z. As silver, aluminum, chromium, titanium or hafnium suitable.

Optional kann die erfindungsgemäße Maske weitere Schichten umfassen. Beispielsweise kann zwischen Träger und Funktionsschicht eine Zwischenschicht vorgesehen sein, die eine verbesserte Wärmeentkopplung zwischen dem Träger und den aufgebrachten Schichten bewirkt. Die Zwischenschicht kann zu verschiedenen Zwecken auch mehrschichtig ausgeführt sein. Z. B. kann sie gleichzeitig der Entspiegelung dienen, um so die Absorption in der Absorberschicht zu erhöhen. Als Materialien für die Zwischenschicht können thermisch beständige und transparente Materialien, wie z. B. Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid, Titannitrid, Aluminiumnitrid, eingesetzt werden. Optionally, the mask according to the invention may comprise further layers. For example, an intermediate layer may be provided between the carrier and the functional layer, which effects improved heat decoupling between the carrier and the applied layers. The intermediate layer can also be designed to be multi-layered for various purposes. For example, it can simultaneously serve the anti-reflection, so as to increase the absorption in the absorber layer. As materials for the intermediate layer can thermally resistant and transparent materials, such. As silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, titanium nitride, aluminum nitride, are used.

Zudem kann als oberste Schicht eine haftreduzierende Schicht angeordnet sein, welche die Haftung zwischen der Maske und einer darauf abzuscheidenden Verdampfungsschicht verringern soll, so dass eine gute Ablösung des Beschichtungsmaterials von der Maske während einer Beschichtung eines Substrats gewährleistet ist. Darüber hinaus kann die haftreduzierende Schicht eine Reinigung der Maske nach der Verdampfung ermöglichen und die Maske an sich schützen. Als Materialien für die haftreduzierende Schicht kommen funktionalisierte Trichlorsilane, Phosphonsäuren und Thiole, z. B. bei metallischen Verdampfungsmaterialien, in Betracht. In addition, as the uppermost layer, an adhesion-reducing layer may be arranged which is intended to reduce the adhesion between the mask and an evaporation layer to be deposited thereon, so that a good detachment of the coating material from the mask during coating of a substrate is ensured. In addition, the adhesion-reducing layer may allow cleaning of the mask after evaporation and protect the mask itself. Suitable materials for the acid-reducing layer are functionalized trichlorosilanes, phosphonic acids and thiols, e.g. As in metallic evaporation materials, into consideration.

Als Material für den Träger sind z. B. Quarzglas, Weißglas und Saphirglas geeignet, die mechanisch und chemisch sehr beständig sind und zudem eine hohe Transmission aufweisen. Durch die Vermeidung des direkten Kontakts wird eine thermische Entkopplung der absorbierenden und reflektierenden Materialien erreicht, so dass sich die Wärmeleitung innerhalb der Maske verringert und sich das Auflösungsvermögen der Maske verbessert. Insbesondere kann mit der erfindungsgemäßen Maske eine Auflösung von unter 10 µm erreicht werden. As a material for the carrier z. B. quartz glass, white glass and sapphire glass, which are mechanically and chemically very stable and also have a high transmission. By avoiding the direct contact, a thermal decoupling of the absorbing and reflecting materials is achieved, so that the heat conduction within the mask is reduced and the resolution of the mask improves. In particular, a resolution of less than 10 μm can be achieved with the mask according to the invention.

Unter Auflösung ist dabei die Fähigkeit zu verstehen, zwei voneinander beabstandete Objekte getrennt darstellen zu können. Das Auflösungsvermögen der Maske gibt denjenigen Abstand an, den zwei Objekte minimal haben dürfen, um noch getrennt auf ein Substrat übertragen werden zu können. Under resolution is to understand the ability to represent two spaced objects separately. The resolution of the mask indicates the distance that two objects may have in order to be able to be transferred separately to a substrate.

Des Weiteren werden bei der erfindungsgemäßen Maske thermische Spannungen effektiv vermieden, da sich absorbierende und reflektierende Materialien unabhängig voneinander wärmebedingt ausdehnen und zusammenziehen können. Dies trägt zu einer erhöhten Lebensdauer der Maske bei. Furthermore, in the case of the mask according to the invention, thermal stresses are effectively avoided, since absorbent and reflective materials can expand and contract independently of one another due to heat. This contributes to an increased life of the mask.

Außerdem werden etwaige Reaktionen des absorbierenden mit dem reflektierenden Material und/oder Diffusionsprozesse zwischen beiden Materialien verhindert, da beide nicht in direkten Kontakt untereinander stehen. Dies ist insbesondere bei bestimmten Materialkombinationen von großer Bedeutung, z. B. bei der Kombinationen von Aluminium mit Wolfram, Molybdän oder Tantal, da sich ansonsten Legierungen aus den kombinierten Materialien ergeben könnten, die zu einer Erhöhung der Wärmeleitung zwischen absorbierenden und reflektierenden Bereichen und somit zu einer Verschlechterung des Auslösungsvermögens führen können. Bei einer Kombination von Titan und Aluminium oder von Wolfram und Titan besteht beispielsweise die Gefahr der Zerstörung der jeweiligen Materialien durch ungewollte Reaktionen, so dass auch in diesem Fall eine Kontaktvermeidung vorteilhaft ist. In addition, any reactions of the absorbent with the reflective material and / or diffusion processes between the two materials are prevented since both are not in direct contact with each other. This is particularly important for certain material combinations of great importance, eg. As in the combinations of aluminum with tungsten, molybdenum or tantalum, otherwise alloys of the combined materials could result, which can lead to an increase in the heat conduction between absorbing and reflective areas and thus to a deterioration of the triggering ability. With a combination of titanium and aluminum or tungsten and titanium, for example, there is a risk of destruction of the respective materials unwanted reactions, so that in this case, a contact avoidance is advantageous.

Eine besonders geringe Wärmeleitung zwischen absorbierenden und reflektierenden Bereichen wird für den Fall erreicht, dass die Freiräume zwischen beiden Materialien mit einem Gas, beispielsweise Luft, Stickstoff oder Argon, oder mit Vakuum gefüllt sind, da die Wärmeleitung von Gasen im Vergleich zu den absorbierenden oder reflektierenden Materialien gering ist. Durch eine Vakuumfüllung, d.h. die Verwendung der Maske im Vakuum, wird eine Wärmeleitung in der Funktionsschicht komplett unterbunden. Lediglich Wärmestrahlung kann in diesem Fall noch zu einer Wärmeübertragung innerhalb der Funktionsschicht führen. Diese ist gegenüber der Wärmeleitung jedoch im Allgemeinen vernachlässigbar. A particularly low heat conduction between absorbing and reflecting areas is achieved in the event that the spaces between the two materials are filled with a gas, for example air, nitrogen or argon, or with vacuum, since the heat conduction of gases compared to the absorbent or reflective Materials is low. By a vacuum filling, i. the use of the mask in a vacuum, a heat conduction in the functional layer is completely prevented. Only heat radiation can still lead to heat transfer within the functional layer in this case. However, this is generally negligible compared to the heat conduction.

Eine Gas- bzw. Vakuumfüllung der Freiräume wird erreicht, indem die Maske in eine entsprechende Gasatmosphäre bzw. eine Vakuumumgebung eingebracht wird. Dies erfolgt beispielsweise im Rahmen eines Transferlithografieverfahrens, welches in einer Durchlaufvakuumanlage ausgeführt wird. A gas or vacuum filling of the free spaces is achieved by the mask is placed in a corresponding gas atmosphere or a vacuum environment. This is done, for example, in the context of a transfer lithography process, which is carried out in a continuous vacuum system.

Alternativ kann über der Funktionsschicht eine durchgehende Schutzschicht derart angeordnet sein, dass die Freiräume mit einem Material der Schutzschicht gefüllt sind. Diese Schutzschicht dient in erster Linie dem Schutz der absorbierenden und reflektierenden Materialien, indem die Schutzschicht beispielsweise eine Reaktion und/oder Diffusion zwischen den absorbierenden und reflektierenden Bereichen mit einer über der Schutzschicht abzuscheidenden Verdampfungsschicht weitgehend verhindert. Zusätzlich wird auch das Eindringen von Komponenten aus der Maske in die auf der Maske aufzubringende Verdampfungsschicht verhindert. Alternatively, a continuous protective layer may be arranged above the functional layer such that the free spaces are filled with a material of the protective layer. This protective layer serves primarily to protect the absorbent and reflective materials, for example, by largely preventing the protective layer from reacting and / or diffusing between the absorbent and reflective regions with an evaporation layer to be deposited over the protective layer. In addition, the penetration of components from the mask into the evaporation layer to be applied to the mask is also prevented.

Als Materialien für die Schutzschicht können u. a. Siliziumoxid, Siliziumoxinitrid, Siliziumnitrid, Titannitrid, Siliziumcarbid, Wolframcarbid oder DLC (Diamond Like Carbon) genutzt werden. Die konkrete Materialauswahl sollte in Abhängigkeit von den absorbierenden und reflektierenden Materialien sowie dem Beschichtungsmaterial so erfolgen, dass die Schutzschicht bei Erreichen der Siedetemperatur des Beschichtungsmaterials nicht beschädigt wird. Zudem sollte die Schutzschicht eine möglichst geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, um eine Wärmeleitung zwischen absorbierenden und reflektierenden Bereichen weitgehend zu verhindern. As materials for the protective layer u. a. Silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride, titanium nitride, silicon carbide, tungsten carbide or DLC (Diamond Like Carbon) can be used. Depending on the absorbent and reflective materials as well as the coating material, the concrete choice of material should be such that the protective layer is not damaged when the boiling point of the coating material is reached. In addition, the protective layer should have the lowest possible thermal conductivity in order to prevent heat conduction between absorbing and reflecting areas to a large extent.

Eine weitere Funktion der Schutzschicht besteht aus der Schichtspannungskompensation, die durch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten entsteht. Die Schutzschicht kann hier den thermischen Stress, der durch den Energieeintrag entsteht, teilweise aufnehmen und kompensieren. Zur Erzielung dieser oder weiterer vorteilhafter Effekte kann die Schutzschicht auch aus mehreren Teilschichten bestehen. Another function of the protective layer consists of layer stress compensation, which results from different thermal expansion coefficients. The protective layer can partially absorb and compensate for the thermal stress caused by the energy input. To achieve these or other advantageous effects, the protective layer can also consist of several partial layers.

Zur Verbesserung der Haftung kann optional zwischen Funktionsschicht und Schutzschicht eine haftvermittelnde Schicht angeordnet sein, da diese Schichten im Gegensatz zur Verdampfungsschicht dauerhaft oder zumindest länger als in nur einem Verdampfungszyklus auf der Maske verbleiben sollen. Die haftvermittelnde Schicht kann z. B. aus Siliziumoxid oder Titannitrid bestehen. To improve the adhesion, an adhesion-promoting layer may optionally be arranged between the functional layer and the protective layer, since these layers, in contrast to the evaporation layer, should remain permanently or at least longer than in only one evaporation cycle on the mask. The adhesion-promoting layer may, for. B. consist of silicon oxide or titanium nitride.

Gemäß einer Ausführungsvariante weisen die absorbierenden Bereiche eine, in der Draufsicht, im Wesentlichen rechteckige Form auf und der kleinste Abstand zwischen einem absorbierenden und einem reflektierenden Bereich beträgt zwischen 5 % und 25 %, bevorzugt zwischen 5 % und 20 %, der Länge der kürzesten Seite des Rechtecks eines absorbierenden Bereichs. Dabei sind Abweichungen von der rechteckigen Form in der Größenordnung der Auflösbarkeit der herstellbaren Strukturen von dem Begriff „im Wesentlichen rechteckig“ mit erfasst. According to one embodiment variant, the absorbent regions have a substantially rectangular shape in plan view, and the smallest distance between an absorbent and a reflective region is between 5% and 25%, preferably between 5% and 20%, of the shortest side the rectangle of an absorbent area. In this case, deviations from the rectangular shape in the order of the resolvability of the producible structures are covered by the term "substantially rectangular".

Eine rechteckige, insbesondere quadratische, Form weisen die absorbierenden Bereiche insbesondere dann auf, wenn mit Hilfe der Maske Pixel eines Displays hergestellt werden sollen. In diesem Fall entspricht die Größe eines Pixels der Größe eines absorbierenden Bereichs. Bevorzugt weisen dabei alle Rechtecke die gleiche Größe auf. A rectangular, in particular square, shape have the absorbing regions in particular when pixels of a display are to be produced with the aid of the mask. In this case, the size of a pixel is the size of an absorbing area. Preferably, all rectangles have the same size.

In der Regel wird der Abstand zwischen den absorbierenden Bereichen so gering wie technisch möglich gewählt, um einen möglichst hohen Füllfaktor, d. h. ein möglichst großes Verhältnis der lichtempfindlichen zur gesamten Pixelfläche, zu erreichen. Daraus ergeben sich technologische Limitierungen für die Größe der Freiräume. In general, the distance between the absorbent areas is chosen as small as technically possible in order to achieve the highest possible filling factor, d. H. To achieve the largest possible ratio of the photosensitive to the entire pixel area. This results in technological limitations for the size of the open spaces.

Bevorzugt sollte der kleinste Abstand zwischen einem absorbierenden und einem reflektierenden Bereich, d. h. die Breite eines Freiraums, zwischen 1 µm und 20 µm betragen. Dies ermöglicht eine ausreichende thermische Entkopplung zur Sicherstellung einer hohen Auflösung. Die Obergrenze von 20 µm ergibt sich aus der Anforderung nach einem möglichst geringen Abstand zwischen zwei absorbierenden Bereichen. Preferably, the smallest distance between an absorbing and a reflecting region, i. H. the width of a free space, between 1 micron and 20 microns. This allows sufficient thermal decoupling to ensure high resolution. The upper limit of 20 μm results from the requirement for the smallest possible distance between two absorbing regions.

Ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Transfermaske für Transferlithografieverfahren umfasst die folgenden Schritte. A method for producing a transfer mask for transfer lithography methods according to the invention comprises the following steps.

Als erstes wird auf einem transparenten Träger eine Funktionsschicht mit absorbierenden Bereichen aus einem strahlungsabsorbierenden Material und reflektierenden Bereichen aus einem strahlungsreflektierenden Material erzeugt, indem auf dem Träger zunächst eine Schicht aus einem strahlungsabsorbierenden oder strahlungsreflektierenden Material abgeschieden und mittels subtraktivem Verfahren mit Zwischenräumen strukturiert wird. First, on a transparent support, a functional layer having absorbing regions of a radiation-absorbing material and reflecting regions of a radiation-reflecting material is produced by depositing on the substrate Carrier first deposited a layer of a radiation-absorbing or radiation-reflecting material and structured by means of subtractive process with gaps.

Anschließend werden die Zwischenräume mit dem anderen der beiden Materialien bündig aufgefüllt. Subsequently, the interspaces are filled flush with the other of the two materials.

Dies erfolgt beispielsweise, indem das andere der beiden Materialien zunächst als durchgehende Schicht abgeschieden wird und, sofern infolge der Abscheidung überhaupt erforderlich, nachfolgend die gesamte Oberfläche soweit poliert wird, bis die zuerst abgeschiedenen Bereiche aus dem absorbierenden oder reflektierenden Material freigelegt werden. This is done, for example, by first depositing the other of the two materials as a continuous layer and, if required as a result of the deposition, subsequently polishing the entire surface until the first deposited regions of the absorbent or reflective material are exposed.

In einem weiteren Schritt wird mittels eines weiteren subtraktiven Verfahrens ein Teil des strahlungsabsorbierenden und/oder strahlungsreflektierenden Materials so entfernt, dass über Freiräume zueinander beabstandet angeordnete absorbierende Bereiche und reflektierende Bereiche entstehen. In a further step, a part of the radiation-absorbing and / or radiation-reflecting material is removed by means of a further subtractive method in such a way that absorbent regions and reflective regions arranged spaced apart from one another via free spaces are formed.

Als subtraktive Verfahren können Trocken- oder Nassätzen unter Verwendung der Fotolithografie oder ein mechanisches oder mechanisch-chemisches Polieren eingesetzt werden. As subtractive methods, dry or wet etching using photolithography or mechanical or mechanical-chemical polishing may be employed.

Optional können weitere Schichten, beispielsweise eine oben beschriebene Zwischenschicht und/oder eine haftvermittelnde Schicht, abgeschieden werden. Optionally, further layers, for example an above-described intermediate layer and / or an adhesion-promoting layer, can be deposited.

Für die Abscheidung der beschriebenen Schichten der Maske 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 Maske, z. B. das Sputtern, als auch Kombinationen der genannten Verfahren, auch in einem Durchlaufverfahren möglich. For the deposition of the described layers of the mask, various coating methods are suitable. For example, sputtering, vapor deposition, CVD methods, spin coating or sol-gel methods are possible. Depending on the layer structure of the transfer mask and the required properties of the individual layers are both a uniform method for producing the entire mask, z. As the sputtering, as well as combinations of said methods, even in a continuous process possible.

Gemäß einer Ausführungsvariante wird zunächst eine Schicht aus einem strahlungsabsorbierenden Material abgeschieden und mit Zwischenräumen strukturiert. Anschließend werden die Zwischenräume mit einem strahlungsreflektierenden Material bündig aufgefüllt. According to one embodiment variant, first a layer of a radiation-absorbing material is deposited and structured with intermediate spaces. Subsequently, the interspaces are filled flush with a radiation-reflecting material.

In einem weiteren Schritt wird im Anschluss ein Teil des strahlungsreflektierenden Materials mittels des Weiteren subtraktiven Verfahrens entfernt. In a further step, a portion of the radiation-reflecting material is subsequently removed by means of the further subtractive method.

Diese Reihenfolge der Abscheidung und Strukturierung ist für bestimmte Materialkombinationen von absorbierendem und reflektierendem Material vorteilhaft, da für die Strukturierung des absorbierenden Materials mittels Ätzen beliebige Ätzmittel ausgewählt werden können, ohne dass auf eine etwaige ätzende Wirkung auf das reflektierende Material Rücksicht genommen werden muss. This order of deposition and patterning is advantageous for certain combinations of absorbent and reflective material, as etchants can be selected for patterning the absorbent material by etching, without having to consider any corrosive effect on the reflective material.

Beispielsweise kann Molybdän als absorbierendes Material zuerst abgeschieden und mittels Ätzen mit Zwischenräumen strukturiert werden, wobei ein Ätzmittel eingesetzt wird, welches das später abzuscheidende reflektierende Material, z. B. Aluminium, angreifen würde. For example, molybdenum can be first deposited as an absorbing material and patterned by means of interstices, using an etchant which is the reflective material to be deposited later, e.g. B. aluminum would attack.

Optional kann in einem weiteren Schritt über der Funktionsschicht eine durchgehende Schutzschicht so abgeschieden werden, dass die Freiräume durch ein Material der Schutzschicht gefüllt werden. Bezüglich der Materialien der Schutzschicht gelten die oben getroffenen Aussagen. Optionally, in a further step, a continuous protective layer can be deposited over the functional layer in such a way that the free spaces are filled by a material of the protective layer. Regarding the materials of the protective layer, the above statements apply.

Bei den im erfindungsgemäßen Verfahren genutzten subtraktiven Verfahren handelt es sich bevorzugt um Ätzverfahren, insbesondere ein Nassätzverfahren. Geeignete Ätzmittel sind für Molybdän als absorbierendes Material beispielsweise eine 1:1-Mischung aus HCl und H₂O₂ oder H₃PO₄. Für Aluminium als reflektierendes Material kommen NaOH oder 10%ige K₃Fe(CN)₆-Lösung als Ätzmittel in Frage. The subtractive methods used in the method according to the invention are preferably etching methods, in particular a wet etching method. Suitable etchants for molybdenum as the absorbent material include, for example, a 1: 1 mixture of HCl and H ₂ O ₂ or H ₃ PO ₄ . For aluminum as a reflective material, NaOH or 10% K ₃ Fe (CN) ₆ solution can be used as etchant.

Die erfindungsgemäße Maske kann beispielsweise zur Herstellung strukturierter organischer oder metallischer Schichten in einem Transferlithografieverfahren eingesetzt werden, mit dem ein Substrat lokal bedampft wird. The mask according to the invention can be used, for example, for the production of structured organic or metallic layers in a transfer lithography process with which a substrate is locally vapor-deposited.

Dazu wird oberhalb der Funktionsschicht eine Verdampfungsschicht aus einem organischen oder metallischen Material aufgebracht. Anschließend wird das Beschichtungsmaterial in den oberhalb der absorbierenden Bereiche der absorbierenden Schicht gelegenen Bereiche verdampft, indem mittels Strahlung Energie in die absorbierenden Bereiche eingetragen, dort in thermische Energie umgewandelt und diese Energie in die Verdampfungsschicht übertragen wird. Das verdampfte Beschichtungsmaterial wird schließlich auf einem der Transfermaske gegenüberliegendem Substrat abgeschieden. For this purpose, an evaporation layer made of an organic or metallic material is applied above the functional layer. Subsequently, the coating material is vaporized in the regions located above the absorbent regions of the absorbent layer by introducing energy into the absorbing regions by means of radiation, where it is converted into thermal energy and this energy is transferred into the evaporation layer. The evaporated coating material is finally deposited on a substrate opposite the transfer mask.

Als Strahlungsquellen sind diejenigen Quellen wie z. B. Laser oder Blitzlampen geeignet, deren Wellenlänge bzw. Wellenlängen vom absorbierenden Material ausreichend absorbiert und vom reflektierenden Material ausreichend reflektiert werden. Ausreichend bedeutet dabei, dass einerseits in das Beschichtungsmaterial die für eine Verdampfung notwendige Energie eingetragen werden muss und dass andererseits die reflektierenden Bereiche einen so großen Anteil der Strahlung reflektieren, dass das Beschichtungsmaterial oberhalb der reflektierenden Bereiche nicht verdampft wird. As sources of radiation are those sources such. As laser or flash lamps suitable whose wavelength or wavelengths are sufficiently absorbed by the absorbing material and reflected by the reflective material sufficient. Sufficient means that on the one hand in the coating material, the energy required for evaporation must be entered and on the other hand reflect the reflective areas such a large proportion of the radiation that the Coating material is not evaporated above the reflective areas.

Zudem darf das Beschichtungsmaterial die Strahlung nicht oder nur geringfügig absorbieren, um eine Verdampfung des Beschichtungsmaterials oberhalb der Lücken zu verhindern. Dies ist beispielsweise bei Verwendung eines organischen Materials in Kombination mit einer Blitzlampe als Strahlungsquelle der Fall. In addition, the coating material must not or only slightly absorb the radiation in order to prevent evaporation of the coating material above the gaps. This is the case, for example, when using an organic material in combination with a flash lamp as a radiation source.

Das Lithografieverfahren ist bevorzugt als Flash Mask Transfer-Lithography Verfahren (FMTL-Verfahren) ausgebildet, bei dem als Strahlungsquelle Blitzlampen genutzt werden. Der Energieeintrag erfolgt dabei lediglich für einen sehr kurzen Zeitraum von einigen ms. Die Blitzlampen gestatten einen ausreichenden Leistungseintrag und bieten dabei die erforderlichen sehr niedrigen Schaltzeiten. The lithography method is preferably designed as a flash mask transfer lithography method (FMTL method) in which flash lamps are used as the radiation source. The energy input takes place only for a very short period of a few ms. The flashlamps allow a sufficient power input while providing the required very low switching times.

Beispielsweise kann eine erfindungsgemäße Transfermaske bei der Herstellung von organischen Leuchtdioden eingesetzt werden. Wird das Lithografieverfahren als FMTL-Verfahren ausgeführt, so können beispielsweise OLED-Mikrodisplays auf Sub-Pixel Niveau strukturiert werden. Dadurch kann Farbechtheit durch Abscheidung von drei monochromen Emittern erreicht werden. Dies ermöglicht die Herstellung farbfilterloser OLED-Mikrodisplays mit verbesserter Effizienz, Helligkeit, Lebensdauer und einem breiteren Farbspektrum. For example, a transfer mask according to the invention can be used in the production of organic light-emitting diodes. If the lithographic process is carried out as an FMTL process, OLED microdisplays, for example, can be structured on a sub-pixel level. As a result, color fastness can be achieved by depositing three monochrome emitters. This allows the production of colorless OLED microdisplays with improved efficiency, brightness, lifetime and a broader color spectrum.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen The invention will be explained in more detail with reference to two embodiments. In the accompanying drawings show

1 Querschnitt einer erfindungsgemäßen Transfermaske ohne Schutzschicht, 1 Cross section of a transfer mask according to the invention without protective layer,

2 Querschnitt einer erfindungsgemäßen Transfermaske mit Schutzschicht, 2 Cross section of a transfer mask according to the invention with protective layer,

3 Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Transfermaske. 3 Top view of a transfer mask according to the invention.

Es sei darauf hingewiesen, dass die Figuren nicht maßstabsgerecht sind. Insbesondere betrifft dies die Größenverhältnisse zwischen den Freiräumen F und den absorbierenden Bereichen AB. It should be noted that the figures are not to scale. In particular, this relates to the size relationships between the free spaces F and the absorbent areas AB.

Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel (1) umfasst die erfindungsgemäße Transfermaske einen Träger T, der aus Glas, beispielsweise Quarzglas, Weißglas oder Saphirglas, besteht und eine auf dem Träger T angeordnete Funktionsschicht FS mit absorbierenden Bereichen AB und reflektierenden Bereichen RB, welche über Freiräume F zueinander beabstandet angeordnet sind. According to a first embodiment ( 1 ), the transfer mask according to the invention comprises a carrier T which consists of glass, for example quartz glass, white glass or sapphire glass, and a functional layer FS arranged on the carrier T with absorbing regions AB and reflecting regions RB, which are arranged spaced apart from each other by free spaces F.

Optional kann zwischen Träger T und Funktionsschicht FS eine Zwischenschicht aus Siliziumoxid oder Siliziumoxinitrid, gegebenenfalls auch gradiert aus beiden Materialien, mit einer Schichtdicke im Bereich von 1–100 nm angeordnet sein, welche mittels Sputtern abgeschieden wird. Optionally, an intermediate layer of silicon oxide or silicon oxynitride, optionally also graded from both materials, with a layer thickness in the range of 1-100 nm, which is deposited by means of sputtering, can be arranged between carrier T and functional layer FS.

Zur Herstellung der Funktionsschicht FS wird ebenfalls mittels Sputtern eine Schicht aus absorbierendem Material, z. B. aus 50–500 nm dickem Molybdän abgeschieden. Diese wird mittels Fotolithografie und nasschemischem Ätzen mit einer 1:1-Mischung aus HCl und H₂O₂ oder mit H₃PO₄ als Ätzmittel mit Zwischenräumen Z so strukturiert, dass nur die Bereiche als absorbierende Bereiche AB stehen bleiben, welche später auf einem Substrat (nicht dargestellt) abgeschieden werden sollen. Im Beispiel weisen die absorbierenden Bereiche alle eine einheitliche Größe und eine rechteckige Form auf (3). To produce the functional layer FS, a layer of absorbent material, for. B. from 50-500 nm thick molybdenum deposited. This is structured by means of photolithography and wet chemical etching with a 1: 1 mixture of HCl and H ₂ O ₂ or with H ₃ PO ₄ as etchant with spaces Z so that only the areas remain as absorbent areas AB, which later on a Substrate (not shown) to be deposited. In the example, the absorbent areas all have a uniform size and a rectangular shape ( 3 ).

Anschließend wird eine Schicht aus einem reflektierenden Material, z. B. aus Aluminium mittels Sputtern abgeschieden, deren Dicke ebenfalls im Bereich 85–500 nm liegt. Die Schicht aus reflektierendem Material überdeckt in diesem Stadium die gesamte Oberfläche des Trägers T und der absorbierenden Bereiche AB. Subsequently, a layer of a reflective material, for. Example of aluminum deposited by sputtering, whose thickness is also in the range 85-500 nm. The layer of reflective material at this stage covers the entire surface of the carrier T and the absorbent regions AB.

Nachfolgend wird die gesamte Oberfläche soweit poliert, dass die absorbierenden Bereiche AB wieder freigelegt werden. Im Ergebnis dessen sind die Zwischenräume Z zwischen den absorbierenden Bereichen AB mit dem reflektierende Bereiche RB ausbildenden reflektierenden Material ausgefüllt, so dass beide Bereiche in einer Ebene liegen. Subsequently, the entire surface is polished so far that the absorbent areas AB are exposed again. As a result, the gaps Z between the absorbing regions AB are filled with the reflective material RB forming reflective material, so that both regions lie in one plane.

In einem weiteren Ätzschritt wird anschließend ein Teil des reflektierenden Materials mittels Fotolithografie und nasschemischem Ätzen mit NaOH oder eine 10%igen K₃Fe(CN)₆-Lösung als Ätzmittel so entfernt, dass über Freiräume F zueinander beabstandet angeordnete absorbierende Bereiche AB und reflektierende Bereiche RB entstehen. Die Freiräume weisen dabei eine Größe zwischen 5 % und 25 % der kleinsten Abmessung eines absorbierenden Bereichs AB auf. In a further etching step, a portion of the reflective material is subsequently removed by means of photolithography and wet-chemical etching with NaOH or a 10% K ₃ Fe (CN) ₆ solution as etchant such that over free spaces F spaced apart absorbent areas AB and reflective areas RB arise. The free spaces have a size between 5% and 25% of the smallest dimension of an absorbent area AB.

Eine derartige Maske kann insbesondere in einem Transferlithografieverfahren zur Herstellung von organischen Leuchtdioden, beispielsweise für Displays, genutzt werden. Dazu kann die Pixelgröße, d. h. die Größe eines absorbierenden Bereichs, 5×5 µm bei einem Pixel-Pixel-Abstand von 5 µm und einer Breite des Freiraums zwischen absorbierendem Bereich AB und reflektierendem Bereich RB von 1 µm betragen. Alternativ können die Pixelgröße 20×20 µm, der Pixel-Pixel-Abstand 20 µm und die Breite des Freiraums 5 µm betragen. Weiter alternativ können die Pixelgröße 100×100 µm, der Pixel-Pixel-Abstand 20 µm und die Breite des Freiraums 20 µm betragen. Such a mask can be used in particular in a transfer lithography process for the production of organic light-emitting diodes, for example for displays. For this, the pixel size, d. H. The size of an absorbing area, 5 × 5 microns with a pixel-pixel spacing of 5 microns and a width of the space between the absorbing area AB and the reflective area RB of 1 micron amount. Alternatively, the pixel size may be 20 × 20 μm, the pixel-pixel distance may be 20 μm, and the width of the free space may be 5 μm. Further alternatively, the pixel size may be 100.times.100 .mu.m, the pixel-pixel distance may be 20 .mu.m, and the width of the clearance may be 20 .mu.m.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel (2) wird zunächst eine Transfermaske analog zum ersten Ausführungsbeispiel hergestellt. Anschließend erfolgt die Abscheidung einer 10–200 nm dicken Schutzschicht SS, z. B. aus Siliciumcarbid, so, dass die Freiräume F durch das Material der Schutzschicht SS gefüllt werden. Auch diese Schicht wird gesputtert. In a second embodiment ( 2 ), a transfer mask is produced analogously to the first exemplary embodiment. Subsequently, the deposition of a 10-200 nm thick protective layer SS, z. As silicon carbide, so that the free spaces F are filled by the material of the protective layer SS. This layer is also sputtered.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

FROM

absorbing areas

F

Free rooms

FS

functional layer

RB

reflective areas

SS

protective layer

T

carrier

VS

Evaporation layer

Z

interspaces

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102009041324 A1 [0003]
DE 102011082956 A1 [0004]
US 8277871 B2 [0007]

Claims

Transfer mask for transfer lithography process comprising a transparent support (T) and a functional layer (FS) arranged above it, which comprises absorbing areas (AB) of a radiation-absorbing material and reflecting areas (RB) of a radiation-reflecting material, characterized in that the absorbing areas (AB ) and the reflecting areas (RB) are arranged spaced apart from each other by free spaces (F).

Transfer mask according to claim 1, characterized in that the free spaces (F) are filled with gas or vacuum.

Transfer mask according to claim 1, characterized in that above the functional layer (FS) a continuous protective layer (SS) is arranged such that the free spaces (F) are filled by a material of the protective layer (SS).

Transfer mask according to one of the preceding claims, characterized in that the absorbing regions (AB) have a rectangular shape in plan view, and that the smallest distance between an absorbing region (AB) and a reflecting region (RB) is between 5% and 25 %, preferably between 5% and 20%, is the length of the shorter side of the rectangle of an absorbent region (AB).

Transfer mask according to one of the preceding claims, characterized in that the smallest distance between an absorbing region (AB) and a reflecting region (RB) is between 1 μm and 20 μm.

A process for the preparation of a transfer mask for transfer lithography processes according to one of the preceding claims, wherein on a transparent support (T) a functional layer (FS) having absorbing regions (AB) of a radiation-absorbing material and reflecting regions (RB) of a radiation-reflecting material is produced On the support (T) first a layer of a radiation-absorbing or radiation-reflecting material is deposited and structured by subtractive method with spaces (Z) and then the spaces (Z) are filled flush with the other of the two materials, characterized in that by means of a further subtractive method, a portion of the radiation-absorbing and / or radiation-reflecting material is removed so that over free spaces (F) spaced from each other arranged absorbent areas (AB) and reflective areas (RS) arise.

A method according to claim 6, characterized in that first a layer of a radiation-absorbing material is deposited and structured with gaps (Z) and then the interstices (Z) are filled flush with a radiation-reflecting material and that by means of the further subtractive method, a part of the radiation-reflecting Material is removed.

A method according to claim 6 or 7, characterized in that in a further step over the functional layer (FS) a continuous protective layer (SS) is deposited such that the free spaces (F) are filled by a material of the protective layer (SS).

Method according to one of Claims 6 to 8, characterized in that at least one of the subtractive methods, preferably both subtractive methods, are etching methods.

Transfer mask with evaporation layer for transfer lithography, characterized in that a transfer mask according to one of claims 1 to 5 further comprises an over the functional layer (FS) arranged evaporation layer (VS) of an organic or metallic coating material.

Process for producing a transfer mask with evaporation layer for transfer lithography method according to claim 13, characterized in that first a transfer mask by means of a method according to one of claims 6 to 9 is prepared and in a further step above the functional layer (FS) an evaporation layer (VS) of an organic or metallic coating material is deposited.