用於形成圖案的組合物及使用該組合物的面內印刷法的製作方法
2023-06-05 17:41:31 4
專利名稱：用於形成圖案的組合物及使用該組合物的面內印刷法的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於形成圖案的組合物，具體地說，涉及一種用於形成圖案的樹脂組合物以及使用該組合物的面內印刷法(in-plane printingmethod)。
背景技術：
半導體器件和平板顯示器件包括多個微細圖案。為了在基板，例如晶片或者玻璃，上形成這些微細圖案，一直在廣泛使用光刻法。如圖1A到1E所示，光刻法包括在薄膜上塗敷光刻膠(PR)、通過具有微細圖案的掩模將PR曝光、將曝光的PR顯影、蝕刻薄膜和剝離PR的步驟。
圖1A到1E是解釋用於形成現有技術中的器件的光刻法的示意性透視圖。
在圖1A中，在基板1上形成薄膜10，並將光刻膠(PR)層20通過塗敷PR的步驟形成在薄膜10上。薄膜10可以包括半導體材料或者金屬性材料。
在圖1B中，將掩模3設置在PR層20上方，並且將光通過掩模3照射到PR層20上。光可以是紫外光(UV)。由於掩模3具有屏蔽區域和透射區域，因此PR層20對應於屏蔽區域的部分21不會暴露於光中，而PR層20對應於透射區域的其它部分22暴露於光中。例如，PR層20暴露於光的其它部分22可以因所述曝光而經歷化學改變。
在圖1C中，通過顯影步驟，用顯影液將PR層20的改變過的部分22除去。結果，未曝光部分21，也即PR圖案21留在位於基板1上方的薄膜10上。
在圖1D中，用PR圖案21作為蝕刻掩模蝕刻薄膜10，以形成圖案11。例如，薄膜10可以通過溼刻法或者幹刻法來蝕刻。在溼刻法中，可以在薄膜10上噴射化學溶液，而在幹刻法中，在兩個電極之間產生的等離子體接觸薄膜10。
在圖1E中，除去(圖1D中的)PR圖案21，於是獲得位於基板1上的圖案11。
因而，光刻法需要昂貴的光掩模和曝光裝置。此外，由於根據層的數目要重複掩模步驟，因此光刻法需要高的生產成本和長的製造時間。
發明內容
因而，本發明致力於一種用於形成圖案的組合物以及使用該組合物進行的面內印刷法，其基本上克服了由於現有技術的局限性和缺點引起的一個或者多個問題。
本發明的實施方式的目的是提供一種用於形成具有較高的解析度的圖案的組合物。
另一個目的是提供一種無需使用光掩模的面內印刷法。
本發明的實施例的優點是提供一種面內印刷法，其中圖案是利用模子形成的。
本發明的附加的特徵和優點將在隨後的說明書中加以闡述，並且部分地將從該說明書中顯然獲知，或者可以通過實踐本發明而領會。本發明的這些目的和其它優點將通過書面的說明書及其權利要求還有附圖中所特別指出的結構而實現並獲得。
為實現符合本發明目的的這些和其它優點，如泛泛和具體描述的一樣，一種用於形成圖案的組合物包括按重量計大約1％到大約10％的液態預聚物；按重量計大約40％到大約60％的具有親水基的丙烯酸酯；按重量計大約10％到大約20％的粘度調節劑；按重量計大約1％到大約5％的光引發劑；和添加劑。
在另一方面，一種用於形成圖案的組合物包括按重量計大約10％到大約30％的具有親水基的液態預聚物；按重量計大約10％到大約20％的粘度調節劑；按重量計大約1％到大約5％的光引發劑；和添加劑。
在另一方面，一種面內印刷法，其使用了用於形成圖案的組合物，包括在基板上形成薄膜；在該薄膜上形成該組合物的抗蝕劑層，其中該組合物包括按重量計大約1％到大約10％的液態預聚物，按重量計大約40％到大約60％的具有親水基的丙烯酸酯，按重量計大約10％到大約20％的粘度調節劑，按重量計大約1％到大約5％的光引發劑，和添加劑；在該抗蝕劑層上方設置一個模子；朝著該抗蝕劑層按壓該模子，並且使光通過該模子照射到該抗蝕劑層上，以形成抗蝕劑圖案；將該模子從該抗蝕劑圖案分離開；以及利用該抗蝕劑圖案作為蝕刻掩模蝕刻該薄膜，以形成薄膜圖案。
一種使用用於形成圖案的組合物的面內印刷法，包括在基板上形成薄膜；在該薄膜上形成該組合物的抗蝕劑層，其中該組合物包括按重量計大約10％到大約30％的具有親水基的液態預聚物，按重量計大約10％到大約20％的粘度調節劑，按重量計大約1％到大約5％的光引發劑，和添加劑；在該抗蝕劑層上方設置一個模子；朝著該抗蝕劑層按壓該模子，並使光通過該模子照射該抗蝕劑層，以形成抗蝕劑圖案；將該模子從該抗蝕劑圖案分離開；以及利用該抗蝕劑圖案作為蝕刻掩模蝕刻該薄膜，以形成薄膜圖案。
可以理解，前面大致性的描述以及後面詳細的描述都是示例性和解釋性的，本發明打算如權利要求所述提供對本發明進一步的解釋。
這些附圖，其提供了對本發明進一步的解釋並結合該說明書一起並構成該說明書的一部分，解釋本發明的實施例並連同說明書一起用於解釋本發明的原理。在圖中圖1A到1E是用於解釋根據現有技術的用於形成器件的光刻法的示意性透視圖；以及圖2A到2F是用於解釋根據本發明的實施方式的面內印刷法的截面圖。
具體實施例方式
現在將對本發明優選實施例進行詳細的討論，其例子示於圖中。
圖2A到2F是用於解釋根據本發明一個實施方式的面內印刷法的截面圖。面內印刷法包括在基板上方的薄膜上形成抗蝕劑層的步驟，使用模子形成抗蝕劑圖案的步驟，利用抗蝕劑圖案蝕刻薄膜的步驟以及除去抗蝕劑圖案的步驟。
在圖2A中，在基板100上形成薄膜110，並在薄膜110上形成抗蝕劑層120。薄膜110可以形成為半導體器件的電極、有機材料層和半導體層之一。此外，薄膜110可以形成為液晶顯示(LCD)器件的柵極、源極、漏極、柵線和數據線之一。
在圖2B中，將具有凸部和凹部的模子130放在抗蝕劑層120上方。模子130可以是包括聚二甲基矽氧烷(PDMS)和聚亞安酯丙烯酸鹽(polyurethaneacrylate)之一的軟模和包括石英在內的硬模中的一種。凸部和凹部的形狀可以基於薄膜圖案以及抗蝕劑層120的厚度來確定。
在圖2C中，在將模子130定位使得模子130的凸部和凹部面對(圖2B中的)抗蝕劑層120之後，按壓模子130，以使模子130的頂表面能夠接觸抗蝕劑層120。同時，將紫外(UV)光通過模子130照射到抗蝕劑層120上。若干種力被施加到抗蝕劑層120，例如，模子130和抗蝕劑層120之間的互斥力、使得抗蝕劑層120陷進模子130的凹部的毛細力、施加到抗蝕劑層120上的重力、以及基板100和抗蝕劑層120之間的摩擦力或者粘力。因此，從這若干種力的組合中產生了將抗蝕劑層120逼迫進入模子130的凹部的力，於是抗蝕劑層120移動進入模子130的凹部。在模子130的凹部內的抗蝕劑層120經過UV光或者熱而被固化或者聚化，形成抗蝕劑圖案121。
在圖2D中，在將(圖2B中的)抗蝕劑層120固化形成抗蝕劑圖案121後，將模子130除去，對應於模子130的凹部的抗蝕劑圖案121保留在薄膜110上。
通常，當利用模子在基板上形成抗蝕劑圖案時，需要模子的表面能低於抗蝕劑圖案的表面能，以從抗蝕劑圖案容易地分離出模子。表面能由所需用以在固相或者液相材料與氣相材料之間構成界面的單位面積的能量來定義。由於固相或者液相材料具有更大的表面能，因此要與氣相材料之間構成界面是更為困難的。此外，在固相或者液相的兩種接觸材料之間的界面能可以通過兩種接觸材料的表面能的關係來定義。
因此，在面內印刷法中，為了充分獲得預定的抗蝕劑圖案121，模子130、抗蝕劑圖案121和基板100(或者薄膜110)的表面能，以及抗蝕劑圖案121和模子130之間以及抗蝕劑圖案121和基板100(或者薄膜110)之間的界面能應該滿足以下關係。
ARM(γR+γM-γRM)＜ARS(γR+γS-γRS)……方程式(1)其中γM、γR和γS分別是模子、抗蝕劑圖案和基板(或者薄膜)的表面能。
ARM和ARS分別是抗蝕劑圖案和模子之間以及抗蝕劑圖案和基板(或者薄膜)之間的界面的面積，並且γRM和γRS分別是抗蝕劑圖案和模子之間以及抗蝕劑圖案和基板(或者薄膜)之間的界面能。
粘結功可以通過從兩種接觸材料的表面能的和中減去兩種接觸材料的界面能來定義。因而，當通過將界面面積乘以抗蝕劑圖案和基板(或者薄膜)之間的粘結功所獲得的值大於通過將界面面積乘以抗蝕劑圖案和模子之間的粘結功所獲得的值時，就可以形成預定的抗蝕劑圖案。
抗蝕劑圖案121和基板100(或者薄膜110)之間的粘結功可以表示為如下方程式。
WRS＝γR+γS-γRS……方程式(2)從可以從Good-Girifalco’s理論獲得的方程式(2)中可知，需要減小界面能γRS以增加抗蝕劑圖案121和基板100(或者薄膜110)之間的粘結功WRS。
此外，抗蝕劑圖案121和基板100(或者薄膜110)之間的界面能可以表示為以下稱之為楊氏方程式的方程式。
γRS＝γS-γR(cosθ)……方程式(3)其中θ是抗蝕劑圖案121和基板100(或者薄膜110)之間的接觸角，在大約0°到大約90°的範圍內。
從方程式(2)和(3)可知，隨著接觸角減小，抗蝕劑圖案121和基板100(或者薄膜110)之間的粘結功增加。
因而，抗蝕劑圖案121的組合物可以包括相對於基板100(或者薄膜110)具有小的接觸角的液體預聚物的含氟丙烯酸酯/甲基丙烯酸酯。此外，由於軟模的聚二甲基矽氧烷(PDMS)有疏水基，因此當模子130為軟模時，抗蝕劑圖案121的組合物可以包括具有親水基的丙烯酸酯。此外，抗蝕劑圖案121的組合物的丙烯酸酯可以包括能夠沒有附加的標記而存在的多個取代基。例如，可以使用諸如二丙烯酸酯或者三丙烯酸酯這樣的多丙烯酸酯作為丙烯酸酯。
結果，根據本發明第一實施方式的用於形成抗蝕劑圖案的組合物可以包括按重量計大約1％到大約10％的液態預聚物，例如含氟丙烯酸酯/甲基丙烯酸酯，按重量計大約40％到大約60％的具有親水基的丙烯酸酯，按重量計大約10％到大約20％的粘度調節劑，按重量計大約1％到大約5％的光引發劑和添加劑。該組合物的組分和各組分的比例在下表中。
例如，液態預聚物可以包括丙烯酸八氟戊酯(octafluorophetylacrylate)和甲基丙烯酸八氟戊酯(octafluorophetyl methacrylate)之一，具有親水基的丙烯酸酯可以包括二甘醇雙丙烯酸酯(diethylene glycoldiacrylate)和二乙二醇二甲基丙烯酸酯(diethylene glycoldimethacrylate)之一。此外，粘度調節劑可以包括丙烯酸丁酯(buthylacrylate)和甲基丙烯酸丁酯(buthyl methacrylate)之一，光引發劑可以包括Irgacure 379。此外，添加劑可以包括樹脂材料。
抗蝕劑圖案121和基板100(或者薄膜110)之間的粘結功可以通過附加的利用光的化學反應得到進一步提高。因而，根據本發明第二實施方式的用於形成抗蝕劑圖案的組合物可以包括按重量計大約1％到大約10％的液態預聚物，例如含氟丙烯酸酯/甲基丙烯酸酯，按重量計大約40％到大約60％的具有親水基的丙烯酸酯，按重量計大約10％到大約20％的粘度調節劑，按重量計大約1％到大約5％的光引發劑，按重量計大約10％到大約20％的光反應劑和添加劑。該組合物的組分和各組分的比例在下表中。
例如，液態預聚物可以包括丙烯酸八氟戊酯和甲基丙烯酸八氟戊酯之一，具有親水基的丙烯酸酯可以包括二甘醇雙丙烯酸酯和二乙二醇二甲基丙烯酸酯之一。此外，粘度調節劑可以包括丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸丁酯之一，光引發劑可以包括Irgacure 379。此外，光反應劑(photoreactor)可以包括丙烯酸縮水甘油酯(glycidyl acrylate)和甲基丙烯酸縮水甘油酯(glycidylmethacrylate)之一，添加劑可以包括樹脂材料。
抗蝕劑圖案121和基板100(或者薄膜110)之間的粘結功可以通過附加的利用熱量的化學反應得到進一步提高。因而，根據本發明第三實施例的用於形成抗蝕劑圖案的組合物可以包括按重量計大約1％到大約10％的液態預聚物，例如含氟丙烯酸酯/甲基丙烯酸酯，按重量計大約40％到大約60％的具有親水基的丙烯酸酯，按重量計大約10％到大約20％的粘度調節劑，按重量計大約1％到大約5％的光引發劑，按重量計大約10％到大約20％的熱流衍生物(thermal flow derivative)和添加劑。該組合物的組分和各組分的比例在下表中。
例如，液態預聚物可以包括丙烯酸八氟戊酯和甲基丙烯酸八氟戊酯之一，具有親水基的丙烯酸酯可以包括二甘醇雙丙烯酸酯和二乙二醇二甲基丙烯酸酯之一。此外，粘度調節劑可以包括丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸丁酯之一，光引發劑可以包括Irgacure 379。此外，熱流衍生物可以包括聚苯乙烯、聚丙烯酸甲酯和聚甲基丙烯酸甲酯之一，添加劑可以包括樹脂材料。
根據本發明第四實施方式的用於形成抗蝕劑圖案的組合物可以包括具有親水基的液態預聚物，用其代替根據第一至第三實施方式的液態預聚物和具有親水基的丙烯酸酯。因而，根據本發明第四實施方式的用於形成抗蝕劑圖案的組合物可以包括按重量計大約10％到大約30％的具有親水基的液態預聚物，按重量計大約10％到大約20％的粘度調節劑，按重量計大約1％到大約5％的光引發劑，按重量計大約10％到大約20％的熱流衍生物(thermal flowderivative)和添加劑。該組合物的組分和各組分的比例在下表中。
例如，具有親水基的液態預聚物可以包括八氟-2-羥基-6-庚基丙烯酸酯(octafluoro-2-hydroxyl-6-heptylacrylate)和八氟-2-羥基-6-三氟甲基庚基甲基丙烯酸酯(octafluoro-2-hydroxyl-6-trifluoromethylheptylmethacrylate)之一，粘度調節劑可以包括丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸丁酯之一。此外，光引發劑可以包括Irgacure 379，添加劑可以包括樹脂材料。
儘管表4沒有示出，但是根據第四實施方式的組合物還可以包括按重量計大約10％到大約20％的光反應劑和熱流衍生物，以提高抗蝕劑圖案和基板(或者薄膜)之間的粘結功。由於根據本發明的組合物的抗蝕劑圖案相對於基板(或者薄膜)具有提高的粘結功，因此獲得了具有良好外形的抗蝕劑圖案。
參照圖2D，在將模子130從基板100分離之後，將具有薄膜110和抗蝕劑圖案121的基板100傳送到蝕刻裝置。
在圖2E中，通過溼刻法和幹刻法之一，利用抗蝕劑圖案121作為蝕刻掩模蝕刻薄膜110，以形成薄膜圖案111。
在圖2F中，通過剝離步驟將(圖2E中的)抗蝕劑圖案121除去，於是薄膜圖案111就留在基板100上。薄膜圖案111的品質可以通過隨後的電或者光檢查步驟來確定。
儘管圖2A到2F未示出，在將模子130從基板100分離出去後，模子130用紫外光(UV)和臭氧(O3)清洗並循環再用。
在本發明中，由於面內印刷法使用模子代替價格高的光掩模，因此降低了生產成本，並且簡化了製造工藝。此外，具有根據第一到第四實施方式的組合物的抗蝕劑圖案具有相對於模子較低的粘結功和相對於基板(或者薄膜)較高的粘結功。結果，由於分離模子導致的變形和應力被最小化，並且獲得了具有良好外形的抗蝕劑圖案。因此形成了具有良好解析度的薄膜圖案，並且延長了模子的使用壽命。
對本領域技術人員來說，顯然，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，可以對本發明的形成圖案的組合物和使用該組合物的面內印刷法進行各種修改和變化。因而，本發明意在覆蓋這些修改和變化，只要它們落在所附權利要求及其等效物的範圍內。
權利要求
1.一種用於形成圖案的組合物，包括按重量計大約1％到大約10％的液態預聚物；按重量計大約40％到大約60％的具有親水基的丙烯酸酯；按重量計大約10％到大約20％的粘度調節劑；按重量計大約1％到大約5％的光引發劑；和添加劑。
2.如權利要求1所述的組合物，其特徵在於，該液態預聚物包括丙烯酸八氟戊酯和甲基丙烯酸八氟戊酯之一。
3.如權利要求1所述的組合物，其特徵在於，具有該親水基的該丙烯酸酯包括二甘醇雙丙烯酸酯和二乙二醇二甲基丙烯酸酯之一。
4.如權利要求1所述的組合物，其特徵在於，粘度調節劑包括丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸丁酯之一。
5.如權利要求1所述的組合物，其特徵在於，還包括按重量計大約10％到大約20％的光反應劑。
6.如權利要求5所述的組合物，其特徵在於，該光反應劑包括丙烯酸縮水甘油酯和甲基丙烯酸縮水甘油酯之一。
7.如權利要求1所述的組合物，其特徵在於，還包括按重量計大約10％到大約20％的熱流衍生物。
8.如權利要求7所述的組合物，其特徵在於，該熱流衍生物包括聚苯乙烯、聚丙烯酸甲酯和聚甲基丙烯酸甲酯之一。
9.一種用於形成圖案的組合物，包括按重量計大約10％到大約30％的具有親水基的液態預聚物；按重量計大約10％到大約20％的粘度調節劑；按重量計大約1％到大約5％的光引發劑；和添加劑。
10.如權利要求9所述的組合物，其特徵在於，具有該親水基的該液態預聚物包括八氟-2-羥基-6-庚基丙烯酸酯和八氟-2-羥基-6-三氟甲基庚基甲基丙烯酸酯之一。
11.如權利要求9所述的組合物，其特徵在於，該粘度調節劑包括丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸丁酯之一。
12.如權利要求9所述的組合物，其特徵在於，還包括按重量計大約10％到大約20％的光反應劑。
13.如權利要求12所述的組合物，其特徵在於，該光反應劑包括丙烯酸縮水甘油酯和甲基丙烯酸縮水甘油酯之一。
14.如權利要求9所述的組合物，其特徵在於，還包括按重量計大約10％到大約20％的熱流衍生物。
15.如權利要求14所述的組合物，其特徵在於，該熱流衍生物包括聚苯乙烯、聚丙烯酸甲酯和聚甲基丙烯酸甲酯之一。
16.一種使用用於形成圖案的組合物的面內印刷法，包括在基板上形成薄膜；在該薄膜上形成該組合物的抗蝕劑層，其中該組合物包括按重量計大約1％到大約10％的液態預聚物；按重量計大約40％到大約60％的具有親水基的丙烯酸酯；按重量計大約10％到大約20％的粘度調節劑；按重量計大約1％到大約5％的光引發劑；和添加劑；在該抗蝕劑層上方設置模子；朝著該抗蝕劑層按壓該模子，並且使光通過該模子照射到該抗蝕劑層上，以形成抗蝕劑圖案；將該模子從該抗蝕劑圖案分離開；以及利用該抗蝕劑圖案作為蝕刻掩模蝕刻該薄膜，以形成薄膜圖案。
17.如權利要求16所述的方法，其特徵在於，該模子包括聚二甲基矽氧烷、聚亞安酯丙烯酸鹽和石英之一。
18.一種使用用於形成圖案的組合物的面內印刷法，包括在基板上形成薄膜；在該薄膜上形成該組合物的抗蝕劑層，其中該組合物包括按重量計大約10％到大約30％的具有親水基的液態預聚物；按重量計大約10％到大約20％的粘度調節劑；按重量計大約1％到大約5％的光引發劑；和添加劑；在該抗蝕劑層上方設置模子；朝著該抗蝕劑層按壓該模子，並使光通過該模子照射該抗蝕劑層，以形成抗蝕劑圖案；將該模子從該抗蝕劑圖案分離開；以及利用該抗蝕劑圖案作為蝕刻掩模蝕刻該薄膜，以形成薄膜圖案。
19.如權利要求18所述的方法，其特徵在於，該模子包括聚二甲基矽氧烷、聚亞安酯丙烯酸鹽和石英之一。
全文摘要
一種用於形成圖案的組合物包括按重量計大約1％到大約10％的液態預聚物；按重量計大約40％到大約60％的具有親水基的丙烯酸酯；按重量計大約10％到大約20％的粘度調節劑；按重量計大約1％到大約5％的光引發劑；和添加劑。
文檔編號G03F7/00GK101078880SQ20071010613
公開日2007年11月28日 申請日期2007年5月24日 優先權日2006年5月24日
發明者金珍鬱 申請人:Lg.菲利浦Lcd株式會社