CN101093349B - 薄膜图案制造装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种薄膜图案制造装置及方法，其提高了利用抗蚀剂印刷法来形成薄膜图案的可靠性。该薄膜图案制造装置包括：辊形的印辊装置，其上缠绕有覆层；喷射装置，其位于所述印辊装置周围，用于向所述覆层喷射抗蚀剂溶液；以及具有雕刻形状的印板，其上形成有具有期望的薄膜形状的槽以及除该槽以外的突出部分，并且所述抗蚀剂溶液具有包含环氧乙烷氟化聚合物材料的表面活性剂。

Description

薄膜图案制造装置及方法
技术领域
本发明涉及显示板的薄膜图案的制造方法，更具体地涉及一种反向抗蚀剂印刷装置及利用该反向抗蚀剂印刷装置来制造薄膜图案的方法。
背景技术
近来，各种平板显示装置日渐增长，它们可以减小重量和尺寸(重量和尺寸是阴极射线管的劣势所在)。这些平板显示装置包括液晶显示器、场发射显示器、等离子体显示板、有机电致发光(下文中称作“EL”)显示器等。
在这些平板显示装置中，液晶显示装置通过利用电场来控制液晶的透光率，从而显示图像。为此，液晶显示装置包括其中以矩阵形式排列有多个液晶单元的液晶显示板，以及用于驱动该液晶显示板的驱动电路。
液晶显示板包括：彼此面对的薄膜晶体管阵列基板和滤色器阵列基板；用于在这两个基板之间保持固定的单元间隙的间隔体；以及填充在该单元间隙中的液晶。
薄膜晶体管阵列基板包括：多条选通线和多条数据线，在这多条选通线和多条数据线的各个交叉部分处形成有作为开关器件的薄膜晶体管；像素电极，其以液晶单元为单位而形成以连接到薄膜晶体管；以及涂覆于其上的配向膜。选通线和数据线各自通过焊盘从驱动电路接收信号。薄膜晶体管响应于提供给选通线的扫描信号将提供给数据线的像素信号提供给像素电极。
滤色器阵列基板包括：滤色器，其以液晶单元为单位而形成；黑底，其用于划分滤色器并反射外部光；公共电极，其用于公共地向液晶单元提供基准电压；以及散布于其上的配向膜。
单独制造薄膜晶体管阵列基板和滤色器阵列基板，并将它们结合在一起，从而完成液晶显示板。然后，注入液晶并对板进行密封。
现有技术液晶显示板内的薄膜图案是利用光刻工艺和蚀刻工艺来形成的。
然而，光刻工艺包括诸如曝光工艺、显影工艺、清洁工艺、检查工艺等多道工艺，从而造成液晶显示板的制造成本的增加。因此，采用以反向抗蚀剂印刷法来构图薄膜的方法来代替光刻工艺。
图1示出了表示反向抗蚀剂印刷装置的图。
图1中所示的反向抗蚀剂印刷装置包括辊形的印辊装置10，其上缠绕有由聚二甲基硅氧烷(PDMS)制成的覆层(blanket)15。抗蚀剂溶液喷射装置12喷射抗蚀剂树脂溶液，经雕刻的印板20包括形状与要形成的薄膜图案相同的槽20a以及与槽20a相邻的突出部分20b。
图2A至2E是说明利用图1的反向抗蚀剂印刷装置形成薄膜图案的图。尤其是图2A至2D示出了利用反向抗蚀剂印刷法来形成液晶显示板的栅极图案的工艺。
首先，如图2A所示，将来自抗蚀剂溶液喷射装置12的抗蚀剂溶液14a喷射到缠绕着印辊装置10的覆层15上。印辊装置10进行旋转，从而将抗蚀剂溶液14a涂覆在覆层15上。
然后，如图2B所示，当涂覆有抗蚀14a的印辊装置10在旋转的同时接触印板20时，在印辊装置10上抗蚀剂溶液14a仅转印到突出部分20b上。因此，如图2C所示，印辊装置10上留下了具有期望的薄膜图案形状的抗蚀剂溶液14b。
然后，如图2D所示，将转印到印辊装置10上的抗蚀剂溶液14b再次转印到基板30上，基板30上形成有指定的金属层，例如，栅极金属层。然后，使抗蚀剂固化。因此，如图2E所示，可以形成用于对金属层32a进行构图的抗蚀图案14c。之后，对不与抗蚀图案14c交叠的金属层32a进行构图，从而在基板30上形成期望的薄膜图案。这里，如果形成液晶显示板的栅极图案(例如，选通线、栅极等)，则可使用铬(Cr)、铝钕合金(AlNd)等作为金属层32a来形成栅极图案。
该反向抗蚀剂印刷装置中采用的抗蚀剂溶液14a是由诸如酚醛清漆等的基础聚合物、载体溶剂、印刷溶剂、表面活性剂等形成的。
这里，载体溶剂是使得从抗蚀剂溶液喷射装置12喷射的抗蚀剂溶液14a的粘性下降从而可将抗蚀剂溶液14a均匀地涂覆在覆层15上的溶剂。
对涂覆在覆层15上的抗蚀剂溶液14a应用印刷溶剂是为了赋予附着(tack)特性或粘附性。
表面活性剂是涂覆在界面上以显著减小界面的表面张力，并用来减小抗蚀剂溶液14a的表面张力的材料。如果采用硅基表面活性剂，则涂覆很好，只是硅基材料会污染覆层。因此，采用氟基表面活性剂。然而，氟基表面活性剂降低了抗蚀剂溶液14a的表面能，因此抗蚀剂溶液14a与覆层15之间的粘附力变得类似于抗蚀剂溶液14a与印板20之间的粘附力。结果，抗蚀剂溶液14a从覆层15转印到刻印板20上的特性降低，从而利用抗蚀剂印刷法形成薄膜图案的可靠性降低。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种薄膜图案的制造方法和装置，其通过改善抗蚀剂溶液的转印特性而提高了利用抗蚀剂印刷法形成薄膜图案的可靠性。
为了实现本发明的这些和其他目的，根据本发明一方面的薄膜图案制造装置包括：辊形的印辊装置，其上缠绕有覆层；喷射装置，其位于所述印辊装置周围，用于向所述覆层喷射抗蚀剂溶液；以及具有雕刻形状的印板，其上形成有具有期望的薄膜形状的槽以及除该槽以外的突出部分，并且所述抗蚀剂溶液包含至少一种表面活性剂，所述表面活性剂包含通式为CF3(CF2)m(CH2CH2O)n的环氧乙烷氟化聚合物材料，其中m为1到10，n为8到50。
在本发明中，所述环氧乙烷氟化聚合物例如是CF3(CF2)4(CH2CH2O)10和CF3(CF2)5(CH2CH2O)14中的任意一种。
在本发明中，抗蚀剂溶液具有4％到20％的基础聚合物、40％到60％的载体溶剂、20％到40％的印刷溶剂以及0.05％到1％的表面活性剂。
在本发明中，所述(CH2CH2O)和氟基的分子随机分布在抗蚀剂溶液内。
在本发明中，抗蚀剂溶液与印板之间的粘附力强于抗蚀与覆层之间的粘附力。
在本发明中，基础聚合物是酚醛清漆以及PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)或PMA(聚丙烯酸甲酯)中的任意一种。
在该制造装置中，载体溶剂为醇类。
在本发明中，印刷溶剂是NMP(N-甲基吡咯烷酮)、苯甲酸乙酯或三异丙苯中的至少任意一种。
本发明部分地涉及一种薄膜图案的制造方法，该制造方法包括以下步骤：提供辊形的印辊装置，该印辊装置上缠绕有覆层；利用包含表面活性剂的抗蚀剂溶液来涂覆所述覆层，所述表面活性剂包含通式为CF3(CF2)m(CH2CH2O)n的环氧乙烷氟化聚合物，其中m为1到10，n为8到50；提供具有雕刻形状的印板，该印板上形成有槽以及除该槽以外的突出部分；以及将所述抗蚀剂溶液仅转印到所述印板的所述突出部分上，从而使与所述槽相对应的区域上的抗蚀剂溶液留在所述印辊装置中。
本发明部分地涉及一种抗蚀剂溶液，该抗蚀剂溶液包括基础聚合物、印刷溶剂、载体溶剂以及包含环氧乙烷氟化聚合物的表面活性剂。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的详细描述，本发明的这些和其他目的将变得明了，附图中：
图1示出了现有技术的反向抗蚀剂印刷装置；
图2A至2E逐步示出了利用反向抗蚀剂印刷法形成薄膜图案的工艺；
图3示出了现有技术的包括氟类表面活性剂的抗蚀剂溶液的内部成分的典型结构；
图4具体示出了在印板上涂覆抗蚀的工艺；以及
图5示出了根据本发明的包括表面活性剂的抗蚀剂溶液的内部成分的典型结构。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的优选实施例，其示例在附图中示出。
将参照图3至5如下来描述本发明的实施例。
根据本发明一优选实施例的薄膜图案的制造方法和装置采用包括表面活性剂(其包含环氧乙烷氟化聚合物)的抗蚀剂溶液。包括该表面活性剂的抗蚀剂溶液与印板之间的粘附力比与覆层之间的粘附力更强，从而可以容易地将抗蚀剂溶液从覆层转印到印板上。因此，可以提高利用抗蚀剂印刷法来形成薄膜图案的可靠性。
参照图2A至2D，将结合利用抗蚀剂印刷法的薄膜图案制造方法来详细描述本发明的抗蚀剂溶液。
首先，如图2A所示，将来自抗蚀剂溶液喷射装置12的抗蚀剂溶液14a喷射到覆层15上，覆层15缠绕在印辊装置10的周围。印辊装置10进行旋转以使抗蚀树脂溶液14a均匀地涂覆在覆层15上。因此，抗蚀剂溶液14a涂覆在印辊装置10的覆层15上。
该抗蚀剂溶液的典型成分如表1所示。
[表1]
  基础聚合物   载体溶剂   印刷溶剂   表面活性剂
  4～20％   40～60％   20～40％   0.05～1％
这里，采用酚醛清漆、酚醛环氧树脂、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PMMA共聚物、PMA(聚丙烯酸甲酯)、PMA共聚物等作为基础聚合物。
载体溶剂是指用于通过减小从抗蚀剂溶液喷射装置12喷射出的抗蚀剂溶液14a的粘性而将抗蚀剂溶液14a均匀地涂覆在覆层上的溶剂。载体溶剂可以是诸如甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇等的醇。还可以采用诸如苯的非醇溶剂。载体溶剂还可以是溶剂混合物，例如，醇的混合物。载体溶剂的沸点优选地低于100℃。
利用印刷溶剂来赋予涂覆在覆层上的抗蚀剂溶液14a附着特性或粘附性。印刷溶剂是可以很好地溶解基础聚合物的溶剂，例如为NMP(N-甲基吡咯烷酮)、苯甲酸乙酯、三异丙苯等。印刷溶剂的沸点优选地不低于200℃。
表面活性剂是牢固地粘附在界面上以显著减小界面的表面张力，并用来降低抗蚀剂溶液14a的表面张力的材料。
表面活性剂可以包括通式为CF3(CF2)m(CH2CH2O)n(其中，m为大约1到10，n为大约8到50)的环氧乙烷氟化聚合物材料。该材料的典型示例包括CF3(CF2)4(CH2CH2O)10、CF3(CF2)5(CH2CH2O)14等。除了环氧乙烷半族，还可以采用环氧乙烷和环氧丙烷的嵌段共聚物。包含环氧乙烷氟化聚合物的表面活性剂减小了抗蚀剂溶液14a的表面能。因此，抗蚀剂溶液14a与印板20之间的粘附力比与覆层15之间的粘附力更强，从而抗蚀剂溶液14a可容易地从覆层15转印到印板20。
下面将参照图3至5来更具体地描述本发明。
图3示出了涂覆在覆层15上的、现有技术的包含氟化表面活性剂的抗蚀剂溶液14a的典型内部结构。
参照图3，在涂覆在覆层15上的抗蚀剂溶液14a的该内部结构中，表面活性剂的大部分亲水基22面向具有低表面能的覆层15的方向，而相当于表面活性剂的疏水基23的氟基面向空气。
这里，表面能γ是形成与空气的界面所需的能量，具有高表面能γ的材料难以形成与空气的界面。随着其接触的液态或固态的相对表面的表面能γ降低，形成与该相对表面的界面的特性变得更强。即，如果在具有低表面能γ的液体材料上散布具有高表面能γ的材料，则可以使该液体材料散布地更广。此外，具有低表面能γ的材料不容易形成与相对材料的界面，由此易于和相对材料分开，并且具有较强的接触空气的特性。如数学式1所示，将表面能γ表示为非极性表面能γd与极性表面能γp之和。
[数学式1]
γ＝γd+γp
关于表面能γ，表2示出了覆层15、抗蚀剂溶液14a以及印板20中的每一个的γd、γp值。
[表2]
  γd(mN/m)   γp(mN/m)
  覆层   18.8   1.6
  抗蚀剂溶液(包含氟化类表面活性剂)   13   0
  印板   52   47
这里，为了容易地将抗蚀剂溶液14a从覆层15转印到印板20上，抗蚀剂溶液14a与覆层15之间的粘附力应当低于抗蚀剂溶液14a与印板20之间的粘附力。
即，如图4所示，如果要将涂覆在覆层15上的抗蚀剂溶液14a转印到印板20上，则抗蚀剂溶液14a与印板20之间的粘附力Wb应当高于覆层15与抗蚀剂溶液14a之间的粘附力Wa。
这里，两个界面上的根据γd、γp的粘附力W可表示为如数学式2所示。
[数学式2]
W＝2(γd1*γd2)1/2+2(γp1*γp2)1/2
γd1、γp1表示彼此不同的两个界面中的任意一个的非极性表面能和极性表面能，而γd2、γp2表示这两个不同界面中的另一个界面的非极性表面能和极性表面能。W的单位是mJ/m2。
根据表1和数学式2，抗蚀剂溶液14a与印板20之间的粘附力Wb约为52，而覆层15与抗蚀剂溶液14a之间的粘附力Wa约为32，因此两个粘附力之差并不高。这里，数学计算出的抗蚀剂溶液14a与印板20之间的约为52的粘附力Wb，以及覆层15与抗蚀剂溶液14a之间的约为32的粘附力Wa，根据诸如其他工艺条件的差异而存在误差或偏差。因此，约20的差并不是可以执行可靠转印工艺的差。
因此，如果在实际中进行转印工艺，则将抗蚀剂溶液14a从覆层15转印到印板20的特性就会劣化，从而利用抗蚀剂印刷法来形成薄膜图案的可靠性降低。
为了解决现有技术的这些问题，本发明利用了由以下材料形成(或包含以下材料)的表面活性剂：通式为CF3(CF2)m(CH2CH2O)n的环氧乙烷氟化聚合物，其中，m为大约1到10，n为大约8到50，例如，CF3(CF2)4(CH2CH2O)10、CF3(CF2)5(CH2CH2O)14等。
图5示出了在覆层15上形成有包含本发明的表面活性剂的抗蚀剂溶液14a的状态下，抗蚀剂溶液14a的典型内部结构。
参照图5，在涂覆于覆层15上的抗蚀剂溶液14a的内部结构中，表面活性剂被分为烃链22和相当于疏水基23的氟基。烃链22例如可以是环氧乙烷(CH2CH2O)、环氧丙烷(CH2CH2CH2O)、胺(CH2N)等。具有这种结构的本发明的表面活性剂是部分氟化的表面活性剂，并且该表面活性剂本身的表面能类似于聚合物链的表面能(大约35mN/m)，从而没有朝向，分子相对于抗蚀剂聚合物24随机地分布。
因此，在采用了本发明的界面能之后，覆层15、抗蚀剂溶液14a以及印板20中的每一个的γd、γp值如表3所示。
[表3]
  γd   γp
  覆层   18.8   1.6
  抗蚀剂溶液(包含半氟化表面活性剂) 42.2 2.0
  印板   52   47
即，如果将表3与表2进行比较，则可知与表2中的现有技术值相比，本发明中的抗蚀剂溶液(包含半氟化表面活性剂)的γd、γp值明显更高。
在数值上，抗蚀剂溶液14a与印板20之间的粘附力Wa约为113，而覆层15与抗蚀剂溶液14a之间的粘附力Wb约为58。即，抗蚀剂溶液14a与印板20之间的粘附力Wa显著高于覆层15与抗蚀剂溶液14a之间的粘附力Wb。因此，抗蚀剂溶液14a可容易地从覆层15转印到印板20上。因此提高了转印工艺的可靠性，从而可以提高利用抗蚀剂印刷法来形成薄膜图案的可靠性。
之后，可以根据参照图2B至2E所说明的方法，通过利用图1中所示的装置来形成薄膜图案。
通过利用根据本发明的薄膜图案的制造装置和方法，无论液晶显示板的薄膜图案如何，都可以形成液晶显示装置的栅极图案(例如，栅极、选通线等)。此外，本发明并不限于形成液晶显示板，而是包括形成任意显示装置(例如，场发射显示器(FED)、等离子体显示板(PDP)、有机电致发光显示器(OLED)等)的薄膜图案。
如上所述，根据本发明的薄膜图案制造装置及采用该装置的薄膜图案制造方法采用了包括环氧乙烷或环氧丙烷氟化聚合物表面活性剂的抗蚀剂溶液。包括该表面活性剂的抗蚀剂溶液与印板之间的粘附力比其与覆层之间的粘附力更强，从而可以容易地将抗蚀剂溶液从覆层转印到印板上。因此，可以提高利用抗蚀剂印刷法来形成薄膜图案的可靠性。
尽管通过上述附图中示出的实施例描述了本发明，但本领域普通技术人员应该明白，本发明并不限于这些实施例，而且可以在不脱离本发明的精神的情况下对其进行各种修改或变型。由此，应当仅由所附权利要求及其等效形式来确定本发明的范围。
本申请根据35U.S.C.§119要求2006年6月23日提交的韩国专利申请P06-0056739的优先权，通过引用将其并入于此。

Claims (21)

1.一种薄膜图案制造装置，该薄膜图案制造装置包括：
辊形的印辊装置，其上缠绕有覆层；
喷射装置，其位于所述印辊装置周围，用于向所述覆层喷射抗蚀剂溶液；以及
具有雕刻形状的印板，其上形成有具有期望的薄膜形状的槽以及除该槽以外的突出部分，并且
其中所述抗蚀剂溶液包含至少一种表面活性剂，所述表面活性剂包含通式为CF3(CF2)m(CH2CH2O)n的环氧乙烷氟化聚合物材料，其中m为1到10，n为8到50。
2.根据权利要求1所述的薄膜图案制造装置，其中，所述环氧乙烷氟化聚合物为CF3(CF2)4(CH2CH2O)10或CF3(CF2)5(CH2CH2O)14。
3.根据权利要求1所述的薄膜图案制造装置，其中，所述抗蚀剂溶液具有4％到20％的基础聚合物、40％到60％的载体溶剂、20％到40％的印刷溶剂以及0.05％到1％的表面活性剂。
4.根据权利要求1所述的薄膜图案制造装置，其中，所述(CH2CH2O)和氟基的分子随机分布在所述抗蚀剂溶液内。
5.根据权利要求4所述的薄膜图案制造装置，其中，所述抗蚀剂溶液与所述印板之间的粘附力强于所述抗蚀剂溶液与所述覆层之间的粘附力。
6.根据权利要求4所述的薄膜图案制造装置，其中，所述基础聚合物是酚醛清漆、聚甲基丙烯酸甲酯或聚丙烯酸甲酯中的任意一种。
7.根据权利要求3所述的薄膜图案制造装置，其中，所述载体溶剂为至少一种醇。
8.根据权利要求3所述的薄膜图案制造装置，其中，所述印刷溶剂为N-甲基吡咯烷酮、苯甲酸乙酯或三异丙苯中的至少任意一种。
9.一种薄膜图案制造方法，该薄膜图案制造方法包括以下步骤：
提供辊形的印辊装置，该印辊装置上缠绕有覆层；
利用包含表面活性剂的抗蚀剂溶液来涂覆所述覆层，所述表面活性剂包含通式为CF3(CF2)m(CH2CH2O)n的环氧乙烷氟化聚合物，其中m为1到10，n为8到50；
提供具有雕刻形状的印板，该印板上形成有槽以及除该槽以外的突出部分；以及
将所述抗蚀剂溶液仅转印到所述印板的所述突出部分上，从而使与所述槽相对应的区域上的所述抗蚀剂溶液留在所述印辊装置中。
10.根据权利要求9所述的薄膜图案制造方法，其中，所述环氧乙烷氟化聚合物为CF3(CF2)4(CH2CH2O)10或CF3(CF2)5(CH2CH2O)14中的任意一种。
11.根据权利要求9所述的薄膜图案制造方法，其中，所述抗蚀剂溶液具有4％到20％的基础聚合物、40％到60％的载体溶剂、20％到40％的印刷溶剂以及0.05％到1％的表面活性剂。
12.根据权利要求9所述的薄膜图案制造方法，其中，所述(CH2CH2O)和氟基的分子随机分布在所述抗蚀剂溶液内。
13.根据权利要求9所述的薄膜图案制造方法，其中，所述抗蚀剂溶液与所述印板之间的粘附力强于所述抗蚀剂溶液与所述覆层之间的粘附力。
14.根据权利要求11所述的薄膜图案制造方法，其中，所述基础聚合物是酚醛清漆、聚甲基丙烯酸甲酯或聚丙烯酸甲酯中的任意一种。
15.根据权利要求11所述的薄膜图案制造方法，其中，所述载体溶剂为至少一种醇。
16.根据权利要求11所述的薄膜图案制造方法，其中，所述印刷溶剂为N-甲基吡咯烷酮、苯甲酸乙酯或三异丙苯中的至少任意一种。
17.根据权利要求9所述的薄膜图案制造方法，其中，将所述抗蚀剂溶液转印到所述印板的所述突出部分上的步骤还包括：
在使涂覆有所述抗蚀剂溶液的所述印辊装置旋转的同时，使所述抗蚀剂溶液与所述突出部分的表面相接触。
18.根据权利要求9所述的薄膜图案制造方法，该薄膜图案制造方法还包括以下步骤：
提供其上形成有薄膜层的基板；以及
将留在所述印辊装置上的所述抗蚀剂溶液转印到所述薄膜层上，以在所述薄膜层上形成形状与所述印板的槽相同的抗蚀剂。
19.一种抗蚀剂溶液，该抗蚀剂溶液包括：
基础聚合物；
印刷溶剂；
载体溶剂；以及
包含通式为CF3(CF2)m(CH2CH2O)n的环氧乙烷氟化聚合物的表面活性剂，其中m为1到10，n为8到50。
20.根据权利要求19所述的抗蚀剂溶液，其中，所述环氧乙烷氟化聚合物为CF3(CF2)4(CH2CH2O)10或CF3(CF2)5(CH2CH2O)14。
21.根据权利要求19所述的抗蚀剂溶液，其中，所述基础聚合物占4％到20％，所述载体溶剂占40％到60％，所述印刷溶剂占20％到40％，而所述表面活性剂占0.05％到1％。
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