CN101078880B - 用于形成图案的组合物及使用该组合物的面内印刷法 - Google Patents
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Abstract
一种用于形成图案的组合物包括：按重量计大约1％到大约10％的液态预聚物；按重量计大约40％到大约60％的具有亲水基的丙烯酸酯；按重量计大约10％到大约20％的粘度调节剂；按重量计大约1％到大约5％的光引发剂；和添加剂。
Description
本申请要求享受于2006年5月24日在韩国提交的韩国专利申请2006-0046560的优先权，这里将其引入作为参考。
技术领域
本发明涉及一种用于形成图案的组合物，具体地说，涉及一种用于形成图案的树脂组合物以及使用该组合物的面内印刷法(in-plane printingmethod)。
背景技术
半导体器件和平板显示器件包括多个微细图案。为了在基板，例如晶片或者玻璃，上形成这些微细图案，一直在广泛使用光刻法。如图1A到1E所示，光刻法包括在薄膜上涂敷光刻胶(PR)、通过具有微细图案的掩模将PR曝光、将曝光的PR显影、蚀刻薄膜和剥离PR的步骤。
图1A到1E是解释用于形成现有技术中的器件的光刻法的示意性透视图。
在图1A中，在基板1上形成薄膜10，并将光刻胶(PR)层20通过涂敷PR的步骤形成在薄膜10上。薄膜10可以包括半导体材料或者金属性材料。
在图1B中，将掩模3设置在PR层20上方，并且将光通过掩模3照射到PR层20上。光可以是紫外光(UV)。由于掩模3具有屏蔽区域和透射区域，因此PR层20对应于屏蔽区域的部分21不会暴露于光中，而PR层20对应于透射区域的其它部分22暴露于光中。例如，PR层20暴露于光的其它部分22可以因所述曝光而经历化学改变。
在图1C中，通过显影步骤，用显影液将PR层20的改变过的部分22除去。结果，未曝光部分21，也即PR图案21留在位于基板1上方的薄膜10上。
在图1D中，用PR图案21作为蚀刻掩模蚀刻薄膜10，以形成图案11。例如，薄膜10可以通过湿刻法或者干刻法来蚀刻。在湿刻法中，可以在薄膜10上喷射化学溶液，而在干刻法中，在两个电极之间产生的等离子体接触薄膜10。
在图1E中，除去(图1D中的)PR图案21，于是获得位于基板1上的图案11。
因而，光刻法需要昂贵的光掩模和曝光装置。此外，由于根据层的数目要重复掩模步骤，因此光刻法需要高的生产成本和长的制造时间。
发明内容
因而，本发明致力于一种用于形成图案的组合物以及使用该组合物进行的面内印刷法，其基本上克服了由于现有技术的局限性和缺点引起的一个或者多个问题。
本发明的实施方式的目的是提供一种用于形成具有较高的分辨率的图案的组合物。
另一个目的是提供一种无需使用光掩模的面内印刷法。
本发明的实施例的优点是提供一种面内印刷法，其中图案是利用模子形成的。
本发明的附加的特征和优点将在随后的说明书中加以阐述，并且部分地将从该说明书中显然获知，或者可以通过实践本发明而领会。本发明的这些目的和其它优点将通过书面的说明书及其权利要求还有附图中所特别指出的结构而实现并获得。
为实现符合本发明目的的这些和其它优点，如泛泛和具体描述的一样，一种用于形成图案的组合物包括：按重量计大约1％到大约10％的液态预聚物；按重量计大约40％到大约60％的具有亲水基的丙烯酸酯；按重量计大约10％到大约20％的粘度调节剂；按重量计大约1％到大约5％的光引发剂；和添加剂。
在另一方面，一种用于形成图案的组合物包括：按重量计大约10％到大约30％的具有亲水基的液态预聚物；按重量计大约10％到大约20％的粘度调节剂；按重量计大约1％到大约5％的光引发剂；和添加剂。
在另一方面，一种面内印刷法，其使用了用于形成图案的组合物，包括：在基板上形成薄膜；在该薄膜上形成该组合物的抗蚀剂层，其中该组合物包括：按重量计大约1％到大约10％的液态预聚物，按重量计大约40％到大约60％的具有亲水基的丙烯酸酯，按重量计大约10％到大约20％的粘度调节剂，按重量计大约1％到大约5％的光引发剂，和添加剂；在该抗蚀剂层上方设置一个模子；朝着该抗蚀剂层按压该模子，并且使光通过该模子照射到该抗蚀剂层上，以形成抗蚀剂图案；将该模子从该抗蚀剂图案分离开；以及利用该抗蚀剂图案作为蚀刻掩模蚀刻该薄膜，以形成薄膜图案。
一种使用用于形成图案的组合物的面内印刷法，包括：在基板上形成薄膜；在该薄膜上形成该组合物的抗蚀剂层，其中该组合物包括：按重量计大约10％到大约30％的具有亲水基的液态预聚物，按重量计大约10％到大约20％的粘度调节剂，按重量计大约1％到大约5％的光引发剂，和添加剂；在该抗蚀剂层上方设置一个模子；朝着该抗蚀剂层按压该模子，并使光通过该模子照射该抗蚀剂层，以形成抗蚀剂图案；将该模子从该抗蚀剂图案分离开；以及利用该抗蚀剂图案作为蚀刻掩模蚀刻该薄膜，以形成薄膜图案。
可以理解，前面大致性的描述以及后面详细的描述都是示例性和解释性的，本发明打算如权利要求所述提供对本发明进一步的解释。
附图说明
这些附图，其提供了对本发明进一步的解释并结合该说明书一起并构成该说明书的一部分，解释本发明的实施例并连同说明书一起用于解释本发明的原理。在图中：
图1A到1E是用于解释根据现有技术的用于形成器件的光刻法的示意性透视图；以及
图2A到2F是用于解释根据本发明的实施方式的面内印刷法的截面图。
具体实施方式
现在将对本发明优选实施例进行详细的讨论，其例子示于图中。
图2A到2F是用于解释根据本发明一个实施方式的面内印刷法的截面图。面内印刷法包括在基板上方的薄膜上形成抗蚀剂层的步骤，使用模子形成抗蚀剂图案的步骤，利用抗蚀剂图案蚀刻薄膜的步骤以及除去抗蚀剂图案的步骤。
在图2A中，在基板100上形成薄膜110，并在薄膜110上形成抗蚀剂层120。薄膜110可以形成为半导体器件的电极、有机材料层和半导体层之一。此外，薄膜110可以形成为液晶显示(LCD)器件的栅极、源极、漏极、栅线和数据线之一。
在图2B中，将具有凸部和凹部的模子130放在抗蚀剂层120上方。模子130可以是包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)和聚亚安酯丙烯酸盐(polyurethaneacrylate)之一的软模和包括石英在内的硬模中的一种。凸部和凹部的形状可以基于薄膜图案以及抗蚀剂层120的厚度来确定。
在图2C中，在将模子130定位使得模子130的凸部和凹部面对(图2B中的)抗蚀剂层120之后，按压模子130，以使模子130的顶表面能够接触抗蚀剂层120。同时，将紫外(UV)光通过模子130照射到抗蚀剂层120上。若干种力被施加到抗蚀剂层120，例如，模子130和抗蚀剂层120之间的互斥力、使得抗蚀剂层120陷进模子130的凹部的毛细力、施加到抗蚀剂层120上的重力、以及基板100和抗蚀剂层120之间的摩擦力或者粘力。因此，从这若干种力的组合中产生了将抗蚀剂层120逼迫进入模子130的凹部的力，于是抗蚀剂层120移动进入模子130的凹部。在模子130的凹部内的抗蚀剂层120经过UV光或者热而被固化或者聚化，形成抗蚀剂图案121。
在图2D中，在将(图2B中的)抗蚀剂层120固化形成抗蚀剂图案121后，将模子130除去，对应于模子130的凹部的抗蚀剂图案121保留在薄膜110上。
通常，当利用模子在基板上形成抗蚀剂图案时，需要模子的表面能低于抗蚀剂图案的表面能，以从抗蚀剂图案容易地分离出模子。表面能由所需用以在固相或者液相材料与气相材料之间构成界面的单位面积的能量来定义。由于固相或者液相材料具有更大的表面能，因此要与气相材料之间构成界面是更为困难的。此外，在固相或者液相的两种接触材料之间的界面能可以通过两种接触材料的表面能的关系来定义。
因此，在面内印刷法中，为了充分获得预定的抗蚀剂图案121，模子130、抗蚀剂图案121和基板100(或者薄膜110)的表面能，以及抗蚀剂图案121和模子130之间以及抗蚀剂图案121和基板100(或者薄膜110)之间的界面能应该满足以下关系。
ARM(γR+γM-γRM)<ARS(γR+γS-γRS)……方程式(1)
其中γM、γR和γS分别是模子、抗蚀剂图案和基板(或者薄膜)的表面能。
ARM和ARS分别是抗蚀剂图案和模子之间以及抗蚀剂图案和基板(或者薄膜)之间的界面的面积，并且
γRM和γRS分别是抗蚀剂图案和模子之间以及抗蚀剂图案和基板(或者薄膜)之间的界面能。
粘结功可以通过从两种接触材料的表面能的和中减去两种接触材料的界面能来定义。因而，当通过将界面面积乘以抗蚀剂图案和基板(或者薄膜)之间的粘结功所获得的值大于通过将界面面积乘以抗蚀剂图案和模子之间的粘结功所获得的值时，就可以形成预定的抗蚀剂图案。
抗蚀剂图案121和基板100(或者薄膜110)之间的粘结功可以表示为如下方程式。
WRS＝γR+γS-γRS……方程式(2)
从可以从Good-Girifalco’s理论获得的方程式(2)中可知，需要减小界面能γRS以增加抗蚀剂图案121和基板100(或者薄膜110)之间的粘结功WRS。
此外，抗蚀剂图案121和基板100(或者薄膜110)之间的界面能可以表示为以下称之为杨氏方程式的方程式。
γRS＝γS-γR(coSθ)……方程式(3)
其中θ是抗蚀剂图案121和基板100(或者薄膜110)之间的接触角，在大约0°到大约90°的范围内。
从方程式(2)和(3)可知，随着接触角减小，抗蚀剂图案121和基板100(或者薄膜110)之间的粘结功增加。
因而，抗蚀剂图案121的组合物可以包括相对于基板100(或者薄膜110)具有小的接触角的液体预聚物的含氟丙烯酸酯/甲基丙烯酸酯。此外，由于软模的聚二甲基硅氧烷(PDMS)有疏水基，因此当模子130为软模时，抗蚀剂图案121的组合物可以包括具有亲水基的丙烯酸酯。此外，抗蚀剂图案121的组合物的丙烯酸酯可以包括能够没有附加的标记而存在的多个取代基。例如，可以使用诸如二丙烯酸酯或者三丙烯酸酯这样的多丙烯酸酯作为丙烯酸酯。
结果，根据本发明第一实施方式的用于形成抗蚀剂图案的组合物可以包括按重量计大约1％到大约10％的液态预聚物，例如含氟丙烯酸酯/甲基丙烯酸酯，按重量计大约40％到大约60％的具有亲水基的丙烯酸酯，按重量计大约10％到大约20％的粘度调节剂，按重量计大约1％到大约5％的光引发剂和添加剂。该组合物的组分和各组分的比例在下表中。
[表1]
| 组分 | 液态预聚物 | 具有亲水基的丙烯酸酯 | 粘度调节剂 | 光引发剂 | 添加剂 |
| 组合物各组分的比例(按重量) | 大约1％～大约10％ | 大约40％～大约60％ | 大约10％～大约20％ | 大约1％～大约5％ | 配平 |
例如，液态预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，具有亲水基的丙烯酸酯可以包括二甘醇双丙烯酸酯(diethylene glycoldiacrylate)和二乙二醇二甲基丙烯酸酯(diethylene glycoldimethacrylate)之一。此外，粘度调节剂可以包括丙烯酸丁酯(buthylacrylate)和甲基丙烯酸丁酯(buthyl methacrylate)之一，光引发剂可以包括Irgacure379。此外，添加剂可以包括树脂材料。
抗蚀剂图案121和基板100(或者薄膜110)之间的粘结功可以通过附加的利用光的化学反应得到进一步提高。因而，根据本发明第二实施方式的用于形成抗蚀剂图案的组合物可以包括按重量计大约1％到大约10％的液态预聚物，例如含氟丙烯酸酯/甲基丙烯酸酯，按重量计大约40％到大约60％的具有亲水基的丙烯酸酯，按重量计大约10％到大约20％的粘度调节剂，按重量计大约1％到大约5％的光引发剂，按重量计大约10％到大约20％的光反应剂和添加剂。该组合物的组分和各组分的比例在下表中。
［表2]
| 组分 | 液态预聚物 | 具有亲水基的丙烯酸酯 | 粘度调节剂 | 光引发剂 | 光反应剂 | 添加剂 |
| 组合物各组分的比例(按重量) | 大约1％～大约10％ | 大约40％～大约60％ | 大约10％～大约20％ | 大约1％～大约5％ | 大约10％～大约20％ | 配平 |
例如，液态预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，具有亲水基的丙烯酸酯可以包括二甘醇双丙烯酸酯和二乙二醇二甲基丙烯酸酯之一。此外，粘度调节剂可以包括丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸丁酯之一，光引发剂可以包括Irgacure379。此外，光反应剂(photoreactor)可以包括丙烯酸缩水甘油酯(glycidyl acrylate)和甲基丙烯酸缩水甘油酯(glycidylmethacrylate)之一，添加剂可以包括树脂材料。
抗蚀剂图案121和基板100(或者薄膜110)之间的粘结功可以通过附加的利用热量的化学反应得到进一步提高。因而，根据本发明第三实施例的用于形成抗蚀剂图案的组合物可以包括按重量计大约1％到大约10％的液态预聚物，例如含氟丙烯酸酯/甲基丙烯酸酯，按重量计大约40％到大约60％的具有亲水基的丙烯酸酯，按重量计大约10％到大约20％的粘度调节剂，按重量计大约1％到大约5％的光引发剂，按重量计大约10％到大约20％的热流衍生物(thermal flow derivative)和添加剂。该组合物的组分和各组分的比例在下表中。
[表3]
| 组分 | 液态预聚物 | 具有亲水基的丙烯 | 粘度调节剂 | 光引发剂 | 热流衍生物 | 添加剂 |
| 酸酯 | ||||||
| 组合物各组分的比例(按重量) | 大约1％～大约10％ | 大约40％～大约60％ | 大约10％～大约20％ | 大约1％～大约5％ | 大约10％～大约20％ | 配平 |
例如，液态预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，具有亲水基的丙烯酸酯可以包括二甘醇双丙烯酸酯和二乙二醇二甲基丙烯酸酯之一。此外，粘度调节剂可以包括丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸丁酯之一，光引发剂可以包括Irgacure379。此外，热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，添加剂可以包括树脂材料。
根据本发明第四实施方式的用于形成抗蚀剂图案的组合物可以包括具有亲水基的液态预聚物，用其代替根据第一至第三实施方式的液态预聚物和具有亲水基的丙烯酸酯。因而，根据本发明第四实施方式的用于形成抗蚀剂图案的组合物可以包括按重量计大约10％到大约30％的具有亲水基的液态预聚物，按重量计大约10％到大约20％的粘度调节剂，按重量计大约1％到大约5％的光引发剂，按重量计大约10％到大约20％的热流衍生物(thermal flowderivative)和添加剂。该组合物的组分和各组分的比例在下表中。
［表4]
| 组分 | 具有亲水基的液态预聚物 | 粘度调节剂 | 光引发剂 | 添加剂 |
| 组合物各组分的比例(按重量) | 大约10％～大约30％ | 大约10％～大约20％ | 大约1％～大约5％ | 配平 |
例如，具有亲水基的液态预聚物可以包括八氟-2-羟基-6-庚基丙烯酸酯(octafluoro-2-hydroxyl-6-heptylacrylate)和八氟-2-羟基-6-三氟甲基庚基甲基丙烯酸酯
(octafluoro-2-hydroxyl-6-trifluoromethylheptylmethacrylate)之一，粘度调节剂可以包括丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸丁酯之一。此外，光引发剂可以包括Irgacure379，添加剂可以包括树脂材料。
尽管表4没有示出，但是根据第四实施方式的组合物还可以包括按重量计大约10％到大约20％的光反应剂和热流衍生物，以提高抗蚀剂图案和基板(或者薄膜)之间的粘结功。由于根据本发明的组合物的抗蚀剂图案相对于基板(或者薄膜)具有提高的粘结功，因此获得了具有良好外形的抗蚀剂图案。
参照图2D，在将模子130从基板100分离之后，将具有薄膜110和抗蚀剂图案121的基板100传送到蚀刻装置。
在图2E中，通过湿刻法和干刻法之一，利用抗蚀剂图案121作为蚀刻掩模蚀刻薄膜110，以形成薄膜图案111。
在图2F中，通过剥离步骤将(图2E中的)抗蚀剂图案121除去，于是薄膜图案111就留在基板100上。薄膜图案111的品质可以通过随后的电或者光检查步骤来确定。
尽管图2A到2F未示出，在将模子130从基板100分离出去后，模子130用紫外光(UV)和臭氧(O3)清洗并循环再用。
在本发明中，由于面内印刷法使用模子代替价格高的光掩模，因此降低了生产成本，并且简化了制造工艺。此外，具有根据第一到第四实施方式的组合物的抗蚀剂图案具有相对于模子较低的粘结功和相对于基板(或者薄膜)较高的粘结功。结果，由于分离模子导致的变形和应力被最小化，并且获得了具有良好外形的抗蚀剂图案。因此形成了具有良好分辨率的薄膜图案，并且延长了模子的使用寿命。
对本领域技术人员来说，显然，在不脱离本发明精神和范围的前提下，可以对本发明的形成图案的组合物和使用该组合物的面内印刷法进行各种修改和变化。因而，本发明意在覆盖这些修改和变化，只要它们落在所附权利要求及其等效物的范围内。
Claims (8)
1.一种用于形成图案的组合物，包括：
按重量计10％到30％的具有亲水基的液态预聚物；
按重量计10％到20％的粘度调节剂；
按重量计1％到5％的光引发剂；和
添加剂，
其中，所述具有亲水基的液态预聚物包括八氟-2-羟基-6-庚基丙烯酸酯和八氟-2-羟基-6-三氟甲基庚基甲基丙烯酸酯之一。
2.如权利要求1所述的组合物，其特征在于，该粘度调节剂包括丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸丁酯之一。
3.如权利要求1所述的组合物，其特征在于，还包括按重量计10％到20％的光反应剂。
4.如权利要求3所述的组合物，其特征在于，该光反应剂包括丙烯酸缩水甘油酯和甲基丙烯酸缩水甘油酯之一。
5.如权利要求1所述的组合物，其特征在于，还包括按重量计10％到20％的热流衍生物。
6.如权利要求5所述的组合物，其特征在于，该热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。
7.一种使用用于形成图案的组合物的面内印刷法，包括：
在基板上形成薄膜；
在该薄膜上形成该组合物的抗蚀剂层，其中该组合物包括：
按重量计10％到30％的具有亲水基的液态预聚物；
按重量计10％到20％的粘度调节剂；
按重量计1％到5％的光引发剂；和
添加剂，
其中，所述具有亲水基的液态预聚物包括八氟-2-羟基-6-庚基丙烯酸酯和八氟-2-羟基-6-三氟甲基庚基甲基丙烯酸酯之一；
在该抗蚀剂层上方设置模子；
朝着该抗蚀剂层按压该模子，并使光通过该模子照射该抗蚀剂层，以形成抗蚀剂图案；
将该模子从该抗蚀剂图案分离开；以及
利用该抗蚀剂图案作为蚀刻掩模蚀刻该薄膜，以形成薄膜图案。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，该模子包括聚二甲基硅氧烷、聚亚安酯丙烯酸盐和石英之一。
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