CN101097401B - 制造软模的方法和使用其来形成图案的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种制造软模的方法和使用其来形成图案的方法。该用于形成软模的方法包括：提供其上具有至少一个图案的主模；在所述主模上形成预聚物层；在所述预聚物层上施加水；使所述预聚物层硬化以形成软模；去除水；以及使所述软模与所述主模分离。在刻蚀对象层上形成抗蚀剂；提供软模；将所述软模设置在所述抗蚀剂上；使所述软模与所述抗蚀剂分离以形成抗蚀剂图案；以及使用所述抗蚀剂图案来刻蚀所述刻蚀对象层，其中提供软模的所述步骤包括：提供其上具有至少一个图案的主模；在所述主模上形成预聚物层；在所述预聚物层上施加水；使所述预聚物层硬化以形成软模；去除水；以及使所述软模与所述主模分离。

Description

制造软模的方法和使用其来形成图案的方法

技术领域

本发明涉及一种用于在制造液晶显示器(LCD)时进行软刻的软模以及使用该软模来形成图案的方法。

背景技术

近来，作为视觉信息传播介质的显示装置的重要性在不断增长，并且正在开发多种类型的有竞争力的显示装置。为了占据重要的地位，显示装置应该满足低能耗、厚度薄且图像质量高的要求。

作为平板显示器(FPD)中主要产品的LCD可以大规模生产，并且具有满足对显示器的这些要求的性能，因而它通常在诸如大尺寸电视机或计算机监视器等各种应用领域中得到采用，并且被认为是可能最终取代市场上现有的阴极射线管(CRT)的核心显示装置。

一般而言，LCD是这样的显示装置：在该显示装置中，根据图像信息的数据信号被单独提供到按照矩阵形式排列的液晶单元上，以控制液晶单元的透光性，从而显示希望的图像。

现将参照图1详细地描述一般的LCD的构造。

如图1所示，一般的LCD包括滤色器基板、上板、TFT(薄膜晶体管)阵列基板、下板和液晶层109。

滤色器基板包括基板113、形成在基板113上的滤色器117、形成在滤色器117之间的黑底BM115，以及形成在滤色器117和BM115上的公共电极111。

TFT阵列基板101包括基板101、形成在基板101上的像素区(P)处的像素电极、TFT、开关元件以及阵列线103和105。

在TFT阵列基板101上，选通线103和数据线105被形成为相互交叉以限定出像素区(P)，并在选通线103和数据线105的各交叉处均形成有TFT。像素区P上形成有由透明导电层形成的像素电极107。

液晶层109形成在滤色器基板与TFT阵列基板之间，并由具有光折变各向异性特性的液晶材料制成。

尽管未示出，但是LCD上还可以形成有其他元件，包括附接在液晶板的两个表面上的偏光器、包括灯和形成在下板的偏光器的下部的光学膜的背光单元，以及支持着液晶板的顶壳和底壳。

在制造包括LCD的大多数平板显示装置时，通过光刻工艺对堆叠在基板上的薄膜材料进行构图。现在描述通过光刻工艺的构图。

首先，将光刻胶(一种感光材料)涂敷在希望被构图的薄膜(其上排列了带有图案的光掩模)上，并执行曝光工艺。在该情况下，光掩模包括透光区和阻光区。穿过透光区的光使光刻胶发生化学变化。光刻胶的化学变化随光刻胶的种类而不同。即，接收到光的正光刻胶部分变为具有可被显影剂溶解的性质，而接收到光的负光刻胶部分变为具有不可被显影剂溶解的性质。下面作为实施例来描述正光刻胶。

通过使用显影剂来去除曝光工艺中光刻胶的被曝光部分，以在薄膜上形成光刻胶图案。然后，通过使用光刻胶图案作为掩模来刻蚀薄膜，接着，去除剩余的光刻胶图案，从而形成具有一定图案的薄膜。

在形成栅极、形成有源层图案、形成源极和漏极、形成接触孔和形成像素电极的工艺中一般使用三次到五次这种光刻工艺。

但是，如上所述，光刻工艺需要高价的掩模和诸如曝光和显影的复杂步骤，导致了过高的工艺成本和产量管理的困难。

发明内容

因此，为了解决上述问题，构想了在此描述的各种特征。示例性实施方式的一个方面是通过提供一种制造软刻所用软模的方法，来提供一种通过软刻工艺而非光刻技术形成图案的方法。

本说明书提供了一种用于形成软模的方法，该方法包括：提供其上具有至少一个图案的主模；在所述主模上形成预聚物层；在所述预聚物层上施加水；使所述预聚物层硬化以形成软模；去除水；以及使所述软模与所述主模分离。

本说明书还提供了一种用于形成图案的方法，该方法包括以下步骤：在刻蚀对象层上形成抗蚀剂；提供软模；将所述软模设置在所述抗蚀剂上；将所述软模与所述抗蚀剂分离以形成抗蚀剂图案；以及使用所述抗蚀剂图案来刻蚀所述刻蚀对象层，其中提供软模的步骤包括：提供其上具有至少一个图案的主模；在所述主模上形成预聚物层；在所述预聚物层上施加水；使所述预聚物层硬化以形成软模；去除水；以及使所述软模与所述主模分离。

本发明的上述和其它目的、特征、方面以及优点将根据结合附图的本发明下面的详细描述而变得更明了。

附图说明

所包括的附图提供了对本发明进一步的理解并结合于此构成了本申请的一部分，这些附图示出了本发明的实施方式并与说明书一起用于说明本发明的原理。

在附图中：

图1是一般的液晶显示器的分解图；

图2a至2c是顺序地示出根据本发明示例性实施方式的用于形成薄膜图案的方法的截面图；而

图3a至3e是例示根据本发明示例性实施方式的用于制造软模的方法的工艺的截面图。

具体实施方式

参照附图可以更好地理解示例性实施方式，但这些实施例并不是限制性的。相同或不同附图中的标号相同的元件执行等效的功能。结合实施例来描述具体的特征、结构或特性后，本领域技术人员会理解可以结合其他实施例来实现这样的特征、结构或特性，无论在此是否明确地予以陈述。

图2a至2c是顺序地示出根据本发明示例性实施方式的使用软刻工艺来形成薄膜图案的方法的截面图。该方法可用于形成液晶显示器(LCD)的薄膜晶体管阵列，该方法可以不使用光刻工艺而形成图案。

首先，如图2a所示，在基板201上形成刻蚀对象层203a，并利用液体树脂在刻蚀对象层203a上形成抗蚀剂(在该情况下被称为刻蚀抗蚀剂)205a。

然后，在光刻胶205a上布置由凹图案(B)和凸图案(A)组成的至少一个图案的软模207a。

将软模207a布置得对应于要形成图案的部分。凸图案(A)与光刻胶205a接触然后挤压。接着，本身为液体状态的树脂(即，液化树脂)的光刻胶205a由于毛细管作用以及软模与光刻胶之间的斥力而流动(移动、行进等)到软模207a的凹图案(B)。

然后，经过一定时间后，使光刻胶与软模207a分离以形成光刻胶图案206a。于是，光刻胶图案206a保留在对象层203a上，其中光刻胶图案具有与图2b中示出的凹图案(B)相同的形状。

接着，如图2c所示，使用光刻胶图案206a作为掩模来刻蚀对象层203a，接着去除光刻胶图案206a从而完成薄膜图案203。

对于后续工艺连续地应用上述软光刻工艺，这里并入其全部工艺。

现将参照图3a到3e来描述软模的制造方法。

首先，如图3a所示，在容器309中制备主模301。主模301包括主体以及主体上具有凹部分和凸(突出)部分的至少一个图案。

主体可以是玻璃板或通过在玻璃板上堆叠金属层而形成的体。图案的材料可以是金属、氧化硅、氮化硅、光刻胶、蜡等。具体来说，该特定图案的材料可以是Novolac^TM树脂。该图案可以通过光刻工艺而形成。

接着，如图3b所示，在主模上形成预聚物层303，使用预聚物作为软模的材料，通过在主模301上注入预聚物而形成预聚物层303。可以使用包含氟的PDMS(聚二甲基硅氧烷)作为预聚物。

在主模301上形成预聚物层303之后，如图3c所示，在预聚物为凝胶状态时将水305施加到预聚物层303上，即，对预聚物层303进行软性硬化后在凝胶状态下将水305施加到预聚物层303上。这表示在施加水305时预聚物层303还未完全固化。

接着，如图3d所示，在室温下使预聚物层303硬化(或固化)。或者通过升高温度而使预聚物层303硬化。然后将水去除。在使预聚物硬化的工艺中，可以通过原样将预聚物放置在室温中来使其固化，或者根据需要对预聚物加热或照射光。硬化之后，预聚物层303变为软模307。

最后，如图3e所示，使软模307与主模301分离以完成软模307。

制造软模的方法还包括下面的步骤：在使软模307与主模301分离之前将背板附接到软模307的后表面。执行使软模307与主模301分离的步骤，使得背板和软模一体地与主模分离，在该情况下，因为背板保护和固定了软模，所以软模可以容易地与主模分离。背板优选地由玻璃或PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)中的一种制成。

当按照如上所述的方式来制造软模307时，形成在主模301上的特定图案被转印到软模307的表面上。

就此而言，在制造软模时，主模与软模之间的粘附力(adhesion)是使软模与主模分离的工艺中要关注的。即，在使软模与主模分离时，由于主模和软模之间的粘附力，软模的一部分可能未与主模分离，从而造成软模上的缺陷图案。具体来说，因为预聚物与主模之间的粘附特性，在软模固化后可能难以使软模与主模分离。从而可能造成某些缺陷。

由于这些原因，在本发明中，在预聚物、软模的材料中包含了诸如氟化物的疏水基，由此来弱化主模与软模的接触表面之间的粘附力。

作为预聚物，可以使用PDMS(聚二甲基硅氧烷)、聚亚安酯或聚酰亚胺等，优选地可以使用Dow Coming Co.的Sylgard184等(一种PDMS)。

在本发明中，为了将氟引入到预聚物中，在预聚物中与PDMS一起包含CF₃(CF₂)_nCH＝CH₂(一种氟化物化合物)以被固化。在该情况下，优选地，该氟化物化合物的量大约为0.01重量％至5重量％。随着固化的进行，氟化物化合物被引入到聚合物的侧链中。

但是，当与PDMS混合的氟化物化合物被添加到主模以形成预聚物层时，产生的问题在于，该氟化物化合物造成在接触(即暴露于)空气的预聚物表面部分上而不是在接触主模的预聚物表面部分上形成氟化物侧链。

即，假设预聚物与具有图案的主模的接触表面是预聚物的前表面，而预聚物与没有图案的空气接触的相反侧是后表面，则疏水的氟化物侧链形成在预聚物的后表面上而不是前表面上。但是，氟化物侧链应该形成在前表面上，即，形成在与主模的接触表面上，以使得软模可以与主模平滑地分离。

这是因为主模具有的表面能50mN/m或更大，而氟化物化合物具有的表面张力为15mN/m或更小，并且其表面能低于主模的表面能，这样就能量而言，氟化物化合物将易于接触空气(即，使得在预聚物层的后表面上形成侧链)而不易于接触主模。

另外，因为氟化物化合物的密度比PDMS小，并具有挥发性，所以较小的密度和挥发性使得氟化物化合物形成在预聚物的后表面上。

由于这些原因，将疏水的氟化物化合物引入到预聚物可能无法完全实现预想的效果。

因而，在解决该问题的努力中，在本发明中，使预聚物层的后表面具有高的表面能。通过使聚物层的后表面具有这种高的表面能，氟化物化合物可以通过斥力形成在具有相对较低的表面能的前表面上，因此，可以防止将氟化物化合物引入到后表面上。

存在几种对氟化物化合物具有斥力的材料。但是在它们之中，如果在预聚物还未固化的状态下使用具有高能量的固体材料，则该材料可能沉降到液体预聚物层的下面或与预聚物之间的界面的下面，从而氟化物化合物可能是不均匀的。因而，液体的、不会与预聚物混合并且具有高表面能的材料是优选的。

水不会与预聚物混合并具有液相，因此水优选地被用作该材料。可以将水施加到预聚物层上来实现本发明中的期望效果。水的表面能大约为72.8mN/m，这样在层中存在水的情况下，氟化物化合物层相对于水层的斥力变得比相对于主模的斥力更强，导致氟化物化合物移动到后表面上。

氟化物化合物的移动可以根据斥力来解释。假设存在两种材料1和2，如果界面斥力为γ₁和γ₂，分散项为γ^d，极化项为γ^p，则彼此接触表面上的彼此界面斥力γ₁₂可以如下地定义：

${\mathrm{\λ}}_{12}={\mathrm{\γ}}_1+{\mathrm{\γ}}_2-2{\left({\mathrm{\γ}}_1^d{\mathrm{\λ}}_2^d\right)}^{1/2}-2{\left({\mathrm{\γ}}_1^p{\mathrm{\γ}}_2^p\right)}^{1/2}$

下表1示出了通过应用表示彼此接触表面上的斥力的上述等式而得到的水与氟化物化合物之间的斥力、Novolac^TM树脂的主模与氟化物化合物之间的斥力，其中水或Novolac^TM树脂被假设为材料1，氟化物化合物被假设为材料2。

表1

如上所述，当使用上述等式来计算水与氟化物化合物之间的斥力时，其为大约50.65，当使用上述等式来计算Novolac^TM树脂与氟化物化合物之间的斥力时，其为大约14.14。

即，因为氟化物化合物与水之间的斥力比与形成主模的Novolac^TM树脂之间的斥力更大，所以它移动到接触主模的表面，而不移动到预聚物中接触水层的表面。这表明，当预聚物固化时，可以将氟化物化合物引入到预聚物的前表面。因此，引入氟化物化合物到侧链的固化预聚物(即软模)可以容易地与主模分离。

同时，当在形成软模的过程中施加水时，当预聚物略微固化而成为凝胶体状态时将水施加到预聚物层上。该预聚物是具有流动性的液态，因而在该状态下，如果施加水，则因为水具有高表面能，所以其推动预聚物从而增大了接触主模的概率。结果，优选的是当预聚物处于具有适当硬度的凝胶体状态时施加水。此时，在将预聚物注入主模中以形成预聚物层之后，并在该状态下，在室温下经过一定时间后，可以获得凝胶体。

在提供主模的步骤中，可以将氟引入主模。可以按照以下方式将氟或含氟化合物引入到主模中：对含氟材料进行等离子体处理，并使含氟材料与主模的树脂起反应，从而形成自组装(self-assembled)单层。

如上所述，根据本发明的该软模制造方法和通过使用该软模来形成图案的方法具有下面的优点。

第一，通过使用软刻法而非光刻法，可以降低处理成本和提高产量。

第二，因为使用水来制造软模，所以能够有效地将氟化物化合物引入到软模中，这样可以降低软模制造中的缺陷率。

第三，在形成栅极、有源层图案、源极和漏极以及像素电极的步骤中以及在形成滤色器或黑底的步骤中可以使用薄膜构图步骤。

在制造OLED(有机发光二极管)或其他平面显示板以及LCD的步骤中可以使用薄膜图案形成步骤。

因此，本发明不限于上述描述，而是可以在形成各种图案的步骤中与光刻法一起使用。

由于在不偏离本发明的精神或基本特征的情况下，可以按照多种形式来实施本发明，所以还应该理解，除非另外地指出，否则上述实施方式不由前面描述的任何细节来限制，而是应该在所附的权利要求限定的其精神和范围内广义地解释。因此，旨在由所附的权利要求来包含落入权利要求的边界和界线或这些边界和界线的等同物内的所有变化和修改。

Claims (13)

1.一种用于制造软模的方法，该方法包括以下步骤：

提供其上具有至少一个图案的主模，所述主模包括主体和该主体上具有凹部分和凸部分的至少一个图案；

在所述主模上形成含有氟化物的预聚物层；

对所述预聚物层进行软性硬化，以使其成为凝胶状态；

在所述预聚物层的凝胶状态下将水施加到该预聚物层上；

使所述预聚物层硬化以形成软模；

去除水；以及

使所述软模与所述主模分离。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预聚物包括氟(F)。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述预聚物是CF₃(CF₂)_nCH＝CH₂和聚二甲基硅氧烷的混合物，其中n为2≤n≤15。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述混合物中的CF₃(CF₂)_nCH＝CH₂是0.01重量％至5重量％。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，在室温下使所述预聚物硬化。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，使所述预聚物层硬化的步骤包括升高温度。

7.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括以下步骤：

将背板附接到所述主模上的所述软模的与空气接触的后表面上，利用它使所述软模与所述主模分离。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述背板由玻璃或聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种制成。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，提供所述主模的步骤包括：

在主体上提供材料；和

对所述主体上的所述材料进行构图。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述材料是Novolac^TM树脂。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，提供所述主模的步骤包括：

通过等离子体工艺在所述主模的表面上引入含氟材料。

12.根据权利要求1所述的方法，其中，提供所述主模的步骤包括：

在所述主模的表面上形成含氟的自组装单层。

13.一种用于形成图案的方法，该方法包括以下步骤：

在刻蚀对象层上形成抗蚀剂；

提供软模；

将所述软模设置在所述抗蚀剂上；

使所述软模与所述抗蚀剂分离以形成抗蚀剂图案；以及

使用所述抗蚀剂图案来刻蚀所述刻蚀对象层，

提供软模的所述步骤包括：

提供其上具有至少一个图案的主模，所述主模包括主体和该主体上具有凹部分和凸部分的至少一个图案；

在所述主模上形成含有氟化物的预聚物层；

对所述预聚物层进行软性硬化，以使其成为凝胶状态；

在所述预聚物层的凝胶状态下将水施加到该预聚物层上；

使所述预聚物层硬化以形成软模；

去除水；以及

使所述软模与所述主模分离。

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