CN101277821B - 用于微细加工的激光抗蚀剂转移 - Google Patents

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Abstract

一种用于在基板(18)上形成抗蚀剂图案的方法，其包括：将具有热抗蚀剂材料层的供体元件(12)靠近该基板放置。维持一间隙，以使该热抗蚀剂材料层的表面与该基板的表面被多个间隔元件间隔开。依照该抗蚀剂的图案将热能导向供体元件(12)，从而通过烧蚀转移使热抗蚀剂材料的一部分跨越该间隙自供体元件(12)转移并沉积于基板(18)上，形成该抗蚀剂图案。

Description

用于微细加工的激光抗蚀剂转移
技术领域
一般而言，本发明涉及微电子器件的制造，具体而言，本发明涉及应用干过程，采用由激光转移形成的抗蚀剂来制造微电子器件。
背景技术
平板印刷图案化技术已用于微电子器件的常规制造中，包括用于平板应用的薄膜晶体管(TFT)阵列。已证明应用于微细加工的常规光致抗蚀剂平板印刷技术能于约100纳米的尺寸内在基板上限定结构及形成材料区域。
基于一印刷模型，该平板印刷过程形成接受或排斥(不接受)涂料(如油墨)或某些其他处理的区域的图案。常规照相平板印刷需少数的基本步骤，并根据所用材料及其他因素而变化。通常顺序如下：
(i)湿涂布正作用或负作用的光致抗蚀剂(例如通过旋涂)；
(ii)预烘焙该光致抗蚀剂；
(iii)使用光掩模对准器，经由覆盖掩模曝露于某种形式的电磁辐射下形成该图案；
(iv)固化该被掩模的图案，例如通过后烘焙；及
(v)使用液体蚀刻剂去除该未固化部分。
随后涂布或处理该表面，可去除该保护性光致抗蚀剂图案自身。
步骤(i)至(v)可于空气中实施，例如于洁净室环境中实施，且通常使用不同的设备件实施。或者，可在真空下实施一或多个步骤，例如涂布沉积。由于在这些步骤的每一步中实施的过程的性质极为不同，因此难于将步骤(i)至(v)合并在任一类型的自动连续制造系统或装置中且成本较高。
人们已花费相当大的精力来改进如于上文步骤(i)至(v)中所列的常规方法，旨在形成更高的尺寸分辨率、更低的成本并取消使用诸如蚀刻剂等化学品。一项特别有益的改进为取消对液体蚀刻剂之需要的等离子蚀刻技术的细化。参照上述步骤(v)，使用等离子蚀刻能在干环境中实施微平板印刷制造。
如微平板印刷技术领域的技术人员所熟知，常规光致抗蚀剂材料所接受的总暴露量与照明随时间的积分遵守“倒易定律”。在使用常规光致抗蚀剂的缺点中，一个缺点为需要小心控制环境照明直至固化结束。常规光致抗蚀剂通常使用光谱紫外部分中的光曝露，在该部分中光子能量特别高。使用光致抗蚀剂微细加工半导体部件的实例于美国专利6,787,283号(Aoai等人)中给出。
由于光致抗蚀剂的这种响应特性及其他缺点，已证明另一类抗蚀剂材料即热抗蚀剂材料更适合于微平板印刷制造。热抗蚀剂响应于热能而非随时间积累的曝露量。大多数热抗蚀剂响应于红外及近红外范围的辐射且可非正式地称为“红外抗蚀剂”。然而，在紫外区域也可有可供选择的热抗蚀剂，例如，如美国专利6,136,509(Gelbart)中所述。
使用热抗蚀剂因提供可代替常规涂布(上文给出的步骤(i))的干过程而可提供诸多优点。此外，在可使用高聚焦辐射能将热抗蚀剂图案直接施涂至基板的情况下，对于掩模的需求可取消或降至最低，且预烘焙及固化过程(上述步骤(ii)及(iv))皆可能不再使用。
认识到这些优点，许多专利公开已提出使用激光能量的热抗蚀剂应用，这些专利公开包括下列：
美国专利5,858,607(Burberry等人)公开了一种将图案化材料自供体片直接转移至平板印刷板上的方法。用经涂布供体片覆盖亲水性平板印刷载体例如铝或经涂布的聚酯。该供体片包括转移层，该转移层含有吸收激光辐射的材料及具有下式的以下单元的重复单元的聚合物粘合剂：
其中R1代表氰基、异氰酸酯、叠氮化物、磺酰基、硝基、五价磷基、膦酰基、杂芳基，或R2为氢、烷基或与R1所列举的相同；及接受体，该接受体由载体构成，该载体具有亲水性表面，以便当成影像加热时，该粘合剂转移至该亲水性接受表面。用使粘合剂转移至接受体的高强度激光束成影像地曝露该组件。该转移要求相对低的曝露量，不用化学品或溶液处理该板且无后烘焙或其他后处理。美国专利6,855,384(Nirmal等人)公开了一种方法，其用于使发光聚合物图案化，形成有机电致发光器件的发射层。Nirmal等人′384的方法提供了转移供体片，使该供体片紧靠接受基板，及使该转移层自该供体选择性地热转移至该接受体。该供体片包括基板及转移层，而该转移层包括发光聚合物与添加剂的共混物。该添加剂可经选择以促进该转移层的高保真度热转移。美国专利申请公开第2005/0074705号(Toyoda)公开了将抗蚀剂材料自供体片至基板的粘着转移。在Toyoda′74705的方法中，借助于辐照能量束使一层抗蚀剂材料融合或熔融在基板上。然后移走未融合的供体材料，留下附着于该基板表面的抗蚀剂图案。
有利地，Burberry等人′607、Nirmal等人′384及Toyoda′74705公开的方法提供了一干过程，取消了任何最初用未固化抗蚀剂材料涂布基板的要求，取消或降低了被掩模的要求，并允许使用等离子蚀刻技术。然而，尽管具有这些优点，但仍存在某些性能缺陷。
在这些公开文献中的每种方法所使用的粘着转移对于维持精确的公差皆具有固有限制。为阐明这一点，图1和2以简化示意图形式表示了该粘着转移过程，显示侧视图(未按比例绘制)。参照图1，在粘着转移图案化装置10中，于载体72上的具有转移层68(例如热抗蚀剂材料层)的供体片70直接紧挨基板18放置。将激光束26或某一其他形式的高聚焦辐射能量施加至供体片70。在激光束26直接入射的区域，发生光热转化，熔融转移层68的对应部分并因此使该部分粘着至基板18的表面。粘着转移有时可适宜地称为“熔融”转移。
图2显示粘着转移的常见问题。当自基板18剥离供体片70时出现此问题。如标记为Q的放大区域中所更清楚地显示的，在转移层68的某一部分粘着至基板18表面的地方形成形体(feature)74。此处，形体74为该热抗蚀剂图案的一部分，而转移层68是热抗蚀剂材料。理想地，在形体74或其他抗蚀剂材料结构的边缘，在意欲粘着至基板18的抗蚀剂供体部分和与自粘着的形体74移走或“撕掉”的其他部分之间发生规则的分离。然而，可能出现两个问题中的一个，如图2中所示。首先，如图2中的多余部分76所示，当去除覆盖的供体片70时，未粘着的抗蚀剂供体的一部分可能未规则地分离。多余部分76甚至可能无意地粘着至基板18表面，例如通过过热引起，或可从转移层68的其余部分撕掉。例如，多余部分76的存在可导致电路迹线的边缘参差不齐。
另一可能存在的问题涉及未完全固着至基板18的粘着抗蚀剂转移层68的一部分，这是因为例如存在某些轻微的表面缺陷，或因为抗蚀剂转移层68上的周围未粘着抗蚀剂供体的厚度或强度过大。在图2中，撕裂部分78与供体片70一同被揭起。当撕裂部分78较小时，其影响可能觉察不到。然而，在某些情况下，在已移除过多的抗蚀剂材料的地方，此影响可能会导致表面形体的边缘参差不齐。
可采取各种措施来降低出现撕裂部分的可能性，并改进总的粘着结合状况。例如，为了消除这种影响，获得与供体片的规则分离，Toyoda′74705专利公开甚至建议于该供体片结构中添加脱模润滑剂或其他试剂。但是，由于不可能获得图案的粘着部分与未粘着部分间的完好分离，故如Burberry等人′607、Nirmal等人′384及Toyoda′74705中所提出的，粘着转移在维持精确边缘限定方面存在固有问题。这又会限制使用粘着结合方法形成的抗蚀剂图案所可能获得的尺寸分辨率。
粘着转移的另一显著缺点涉及总能量水平要求。当供体片与接受基板切实(flush)接触时，激光点必然会经由热扩散损失一定量的热量。这种作用现象反过来要求使用更高的曝露量来影响熔融及粘着所需的任何物理改变。当接受基板为具有高导热性的金属表面时，热扩散尤其成问题。
粘着转移的另外一些缺点涉及对于供体与接受基板间紧密且平坦的表面接触的需要。精确性及高分辨率要求供体与接受体在粘着转移期间接触。接受体表面上任一类型的表面形体的存在趋于使该供体与该接受体表面分离，导致使用粘着转移技术的精确转移的结合条件不太理想。同样，灰尘或污物颗粒即使在受控的“洁净室”环境中也会不可避免地沉降于供体与接受基板的表面之间。由灰尘或其他微粒导致的不完美粘着结合可具有明显的效应，导致在靠近接触点处出现脱落。
因此，需要使用干媒介在基板上进行热抗蚀剂图案化的装置及方法，其允许改进的粘着抗蚀剂与周围区域的边缘限定，不会将过多的热量引导至供体或接受基板上，对于转移至形体表面十分有效，且与常规粘着转移相比，在对灰尘及污物方面更具抵抗力。
发明内容
为响应对改进的热抗蚀剂图案化的需求，本发明提供了一种用于在基板上形成抗蚀剂图案的方法，其包括：
a)将包括热抗蚀剂材料层的供体元件靠近该基板放置；
b)维持一间隙，以使该热抗蚀剂材料层的表面与该基板的表面被多个间隔元件间隔开；及
c)依照该抗蚀剂的图案将热能导向该供体元件，从而通过烧蚀转移使热抗蚀剂材料的一部分跨越该间隙自该供体元件转移并沉积于该基板上，形成该抗蚀剂图案。
在下文所列优选实施方案的详细描述将使本发明及其目的和优点变得为加明显。
附图说明
尽管本说明书以特别指出的权利要求和明确要求的本发明主题结论来结束，但申请人确信，当与附图相结合时，自下面的说明将使本发明得到更好的理解，其中：
图1是显示使用常规粘着转移的图案化装置的方块图；
图2是显示在移除供体时粘着转移所存在的显著问题的方块图；
图3是显示根据本发明施加热抗蚀剂图案的图案化装置的方块图；
图4是未按比例绘制的剖面侧视图，其显示在供体/基板界面处的各组件；
图5是一任选实施方案中的剖面侧视图，其显示在供体/基板界面处的各组件；及
图6是显示使用本发明方法及装置形成表面元件的工艺步骤的方块图。
具体实施方式
具体而言，本发明涉及用于形成本发明装置的一部分或与本发明装置更直接合作的元件。应了解，文中未具体显示或阐述的元件可采取本领域技术人员所熟知的各种形式。
不同于先前于背景技术部分中阐述的粘着转移方法，本发明的图案化方法利用烧蚀转移，使用热或光能使抗蚀剂材料自供体元件转移至待图案化的层上。在该方法中，使供体元件例如涂布有抗蚀剂材料(有机或无机)的供体片或其他物件紧靠着待用一层材料(例如铝)图案化的接受体，例如TFT基板。扫描激光束(或激光头)在该供体受到曝照的地方使该抗蚀剂材料以一图案自该供体元件转移至该接受体。可经由掩模将该抗蚀剂图案写在该基板上。或者，可使用数字写入或直接写入方法，例如可使用用于硅晶片者(即无掩模平板印刷)。在大多数应用中，以此方式形成的抗蚀剂图案无需进一步处理或固化。
去除该供体元件后，该基板继续接受蚀刻，或湿蚀刻或等离子蚀刻。如同在常规蚀刻中，去作该沉积层中未受到抗蚀剂保护的地方。然后可例如通过氧等离子剥除该抗蚀剂，且该基板将继续进行其他制造步骤，例如另外的图案沉积。
上文给出的背景技术部分阐述了自供体媒介粘着转移热抗蚀剂材料所存在的问题。为克服粘着转移所固有的问题，本发明使用烧蚀材料转移，跨越一间隙自该供体媒介转移至接受基板。术语“烧蚀转移”广义上可理解为由热引发的自供体媒介的转移，其中该供体媒介一组分的至少一部分转化成气态。转化成气态的材料可为抗蚀剂材料本身或可为该供体的因而用作烧蚀转移推进剂的某些其他组分材料。在此两种情况下，膨胀成气体形式产生推动力，该推动力在烧蚀转移中起转移机制作用。烧蚀转移的广义分类可包括升华转移，其中某些或全部的受热抗蚀剂供体材料自固体转变成蒸气。烧蚀转移亦包括断裂转移或微粒转移，其中至少某些部分的供体材料实际上没可能转化成气态，但却被该供体某些受热组分向蒸气形式的转化而有效地断裂及推动。在烧蚀转移中，该供体抗蚀剂材料受到推动，跨越该供体表面与接受基板之间的间隙。烧蚀转移的该蒸气化及气相流动机制使该转移方法有别于常规的粘着转移，常规粘着转移依赖于供体与接受体间的紧密接触(即，无间隙)，且使用某一类型的熔融使该抗蚀剂材料在供体与接受体之间转移。
最初开发的是用来支持自供体至接受媒介的着色剂转移，烧蚀转移技术利用供体与接受体表面间的间隙来防止如参照图1所述的粘着转移的某些固有问题。在该转移过程中，使待沉积的热抗蚀剂材料或该供体中的某些其它起推进剂作用的材料加热至升华或烧蚀状态，使该供体的至少某些组分部分或全部蒸气化而非熔融热抗蚀剂材料。受到来自激光或其他加热源的适当加热，产生的蒸气和/或烧蚀固体以部分或完全气化形式自该供体跨越该间隙到达该接受体表面。在该接受体(基板18)处，所产生蒸气及烧蚀固体的沉积构建起表面形体74(如图2中所示)，其形成该热抗蚀剂图案。
有许多推进剂材料可用于烧蚀转移。推进剂材料将沉积于该供体内(例如，于辐射吸收层36中，图4)，这样，由该推进剂材料自该激光或光源吸收的热产生气体或蒸气，提供所需的力来引导该抗蚀剂材料跨越该间隙落于该接受基板上。适于此功能的材料包括聚氰基丙烯酸酯(PCyA)及马来酸酐的共聚物(Gantrez树脂)。其他类型的聚合物也适用。
现在参照图3，图3显示根据本发明的烧蚀转移图案化装置100，图案化装置100用于将材料自供体转移元件例如供体片(下文将称为供体元件12)转移至基板18上。图案化装置100的激光14可为二极管激光或任何其他高功率激光，其可产生激光束26。本发明中可同时使用一个以上的激光14或激光束26。为了扫描激光束26以提供激光束26与供体元件12间的相对运动，包括可移动镜的检流计22使该激光束穿过平场聚焦(F-theta)透镜24扫描，沿方向X形成扫描线。本领域技术人员将知晓，扫描该激光束亦可通过其他类型的可移动反射性表面达成，例如旋转具有镜面的多面体，或通过其他装置达成，例如旋转衍射光栅。或者，所需的相对运动可通过相对于激光束26移动的基板18提供。
在图3所示的实施方案中，传送平台32使供体元件12及基板18沿Y方向(其与扫描线垂直)传送，使整个面积均得到扫描。任一扫描点上束26的强度皆由激光功率控制线30使用来自控制逻辑处理器28的指令来控制。或者，激光束26的强度可由单独的调制器诸如声光调制器(未图示)来控制，如激光光学领域的技术人员所熟知。在一个替代实施方案中，基板18可保持不动，而使激光写入装置移动或使激光束26在光学上重新定向。重要的特征为激光束26与基板18间有相对运动，以允许全面积扫描。
如图3中所示，供体元件12与显示器基板18呈转移关系放置。下文更详细论述供体元件12及基板18的结构、材料及制造。可通过夹持、施加压力、粘合剂或诸如此类使供体元件12及基板18保持在适当位置，并任选地加热供体元件12及基板18中的任一个或同时加热二者。用于此布置的固定实例揭示于共同受让的美国专利6,695,029(Phillips等人)中，该专利的公开内容特此以引用方式并入。转移优选于惰性气氛，例如氮气或氩气，或于真空下发生。如图3及4中所示，供体元件12与基板18的期望向其转移材料的部分间有间隙G。使用间隔件88，例如嵌入式珠粒或其他间隔元件，来维持间隙G。
参照图3及4，平场聚焦透镜24使激光束26聚焦于供体元件12的辐射吸收层36上，同时检流计22扫描该激光束。激光束26必须具有足够的功率以将辐射吸收层36加热至足够高的温度，导致烧蚀转移，以便推动转移热抗蚀剂层38(亦称为抗蚀剂层)中的材料至显示器基板18，从而在基板18上形成转移抗蚀剂部分44。图4以虚线轮廓显示待形成的形体74。
在一个实施方案中，烧蚀转移通过使热抗蚀剂层38中的材料部分或全部气化并随后沉积于显示器基板18上而发生。平场聚焦透镜24的光点大小几何指示热抗蚀剂层38的待转移区域。该布置使得当激光束26具有足够的功率来实施给定速率的扫描时，该光点大小使得材料自热抗蚀剂层38的待选择性转移的辐照部分穿过间隙G自供体元件12转移至基板18上类似于“像素”的指定区域。在图3中，激光束26以两个有间隔的箭头表示。为了方便图解说明，应了解激光束26实际上已于两个不同的位置间移动，在那里开启激光束来转移部分抗蚀剂层38。
在一个优选的实施方案(图3)中，通过检流计22使激光束26穿过供体元件12连续扫描，同时通过来自控制逻辑处理器28的指令调制激光能量。调制入射于供体元件12上的激光能量使热抗蚀剂层38的经选择扫描区域中的抗蚀剂材料以可选择量转移至基板18。在一个优选的实施方案中，抗蚀剂层38中的大部分或全部材料转移至基板18上。
激光14必须经匹配以适合抗蚀剂层38中热抗蚀剂材料的组成及适合辐射吸收层36中用于烧蚀转移的其他材料。对于大多数可使用的热抗蚀剂类型，激光14可为红外固态激光、钕YAG激光或可提供足够的功率来达成该抗蚀剂层的转移的任何其他激光。所需功率取决于使辐射吸收层36的吸收与激光14的波长匹配。光点形状可为椭圆形，以允许在使用低成本多模式激光的情况下写入小的线，如其共同受让的美国专利6,252,621(Kessler等人)中所教导的，该专利的公开内容在此以引用方式并入。
在该优选实施方案中，转移过程中所用供体元件12包括可透射激光的供体载体34、可将激光转化成热的用于辅助转移的激光吸收层36及待转移的抗蚀剂层38。在个别的实施例中，除层36外，抗蚀剂层38也可起辐射吸收层作用，或另一选择为可省略层36。再一选择为，支持层34也可用作辐射吸收层，可省略单独的层36。可用于本发明中的供体载体及辐射吸收材料的实例可见于美国专利4,772,582(DeBoer)。供体载体34必须能于光至热引发的转移期间维持结构完整性。满足这些要求的载体材料包括，例如玻璃、金属箔、塑料(聚合物)箔及纤维增强塑料箔。塑料箔非常适用于大多数应用。虽然可使用已知的工程方法根据载体材料适于处理入射激光辐射的性质来选择合适的载体材料，但应了解，当构造成本发明的供体载体时，所选择载体材料的其他性质应有益于特定的考虑。例如，某些载体材料在用可转移抗蚀剂材料预涂布之前需要多步骤清洁及表面准备过程。
辐射吸收层36中所用材料可为染料，例如于共同受让的美国专利4,973,572(DeBoer)和5,578,416(Tutt)中所规定的染料，或为颜料，例如炭黑。辐射吸收层36可为金属，例如铬、镍或钛，或为借由其抗反射性质吸收辐射的材料的叠层。主要判断标准为辐射吸收层36于给定波长下以高至足以使材料自抗蚀剂层38转移的强度吸收激光。众所周知，此转移的效率取决于激光积分通量、光点大小、束重叠及其他因素。通常，激光吸收层36的光学密度应为至少0.1(吸收20％的光)。
辐射吸收层36除具有吸光材料外，可优选含有聚合物粘合剂或无定形有机固体。这些粘合剂及固体优选对热不稳定或为可产生气体的物质，例如聚氰基丙烯酸酯、硝基纤维素、马来酸酐的共聚物以及于美国专利6,190,827(Weidner)及美国专利6,165,671(Weidner等人)及其中所引用参考文献中所公开的用作激光供体元件中推进剂层的组分。辐射吸收层36还可含有所需的其他聚合物及有机固体以确保该层的物理整体性。
抗蚀剂层38可含有聚合物粘合剂、无定形有机固体及颗粒或球形珠粒。或者，抗蚀剂层38还可含有这些材料与上文参照辐射层36所述的辐射吸收材料及热不稳定物质的混合物。
层38的聚合物粘合剂可包括已知的可于微平板印刷过程中提供抗蚀剂性质的聚合物，例如Shipley公司(Marlborough，MA)的ShipleyG-Line或MicropositTM抗蚀剂，且包括诸如下列的材料：聚甲基丙烯酸酯及丙烯酸酯、聚苯乙烯及与丁二烯、丙烯酸酯及甲基丙烯酸酯或丙烯腈的共聚物、聚酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚氯乙烯及与乙酸乙烯酯的共聚物、聚乙烯酯、聚胺基甲酸酯、聚乙酸乙烯酯及聚乙酸丁烯酯、环氧化物、聚酰亚胺、酚醛树脂、聚乙烯基苯酚树脂及诸如此类。
抗蚀剂层38的无定形有机固体可为如先前所引用的美国专利6,165,671中所述的单体态树脂，例如氢化及部分氢化的松香酯及类似的松香酯。市售材料包括氢化木松香的甘油酯，例如Staybellite Ester 10(Hercules)；氢化松香的甘油酯，例如Foral 85(Hercules)；及改性松香的季戊四醇酯，例如Pentalyn 344(Hercules)。层38的无定形有机固体还可包括于干供体激光转移片中作为粘合剂组分的如共同受让的美国专利5,891,602号(Neumann)中所述的单体态玻璃状固体。层38的无定形有机固体还可为分子量小于约4000的低聚树脂，例如聚酯tone 260。
间隔元件
供体元件12与基板18间所用的颗粒、珠粒或其他间隔元件，例如图4中的间隔件88可为许多形状规则或不规则的或球形颗粒中的任一种，其组成可为有机的或无机的。间隔元件的尺寸可为直径在约0.1-100微米之间，且优选具有介于约1-20微米之间的较为均一的尺寸。
使用间隔件来维持供体元件12与基板18间的间隙G更详细地阐述于共同受让的美国专利申请公开第2003/0162108号(Burberry等人)中；其公开内容以引用方式并入本文中。间隔珠粒的实例公开于美国专利4,876,235(DeBoer)中。
间隔件88或其他间隔元件可包埋于抗蚀剂层38中或可形成于辐射吸收层36或供体载体34内，或可形成于这三层的任一组合内。或者，间隔元件可形成在基板18的表面上或可于抗蚀剂图案转移处理之前引入至任一表面上。作为另一替代方案，可使用供体元件12或基板18的粗糙性来提供间隔G。
供体元件12的各层中的任一层除已公开的材料外还可包括表面活性剂(需要其作为涂布助剂并用于改善表面性质)、硬化剂、粘着促进剂等(需要其用于形成物理整体性并处理所制造的装置)。也可将染料及颜料添加至供体元件12各层的任一层中以便观察过程。
供体元件12基板可为任何自支撑材料，包括片状材料，例如金属或聚合物膜。在本发明的优选实施方案中，该接受载体为聚酯(例如EstarTM)。
可图案化的材料实例为所有的可蚀刻金属或导体、半导体、介电材料及聚合物。下文的实例显示可使用热抗蚀剂及激光蚀刻图案化的材料。通常与这些抗蚀剂一起使用的一些金属或导体为铝、钛、银、金、铬、锡、ITO、铂等。通常使用的半导体包括多晶硅、无定形硅、经掺杂硅、砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)、锑化铟(InSb)、锗等。某些常用的介电材料包括氮化硅、氧化硅、氧氮化硅的单或多组合层、金属氧化物(包括氧化铝、氧化钛)及有机材料(包括苯并环丁烯(BCB)、旋涂玻璃、丙烯酸树脂、特氟隆、聚酰亚胺等)。常用的聚合物包括三乙酸纤维素、聚噻吩等。
该接受基板可为任何自支撑材料，包括，例如，金属、玻璃、硅及聚合物膜。在本发明一个实施方案中，基板18是玻璃。
转移气氛可为真空、大气或湿度极低的环境。照明可为完全黑暗、黄光(无紫外)、全光谱光或使用白炽光或荧光的标准室照明。
所用蚀刻过程可使用等离子和反应性离子蚀刻剂、等离子火炬或湿蚀刻剂于真空中实施。用于等离子蚀刻的蚀刻气体实例包括Cl2、BCl3、SF6、O2、H2、CH4、氯仿及N2。实例性湿蚀刻剂包括HCl、硝酸、酸式酸、磷酸、氯化铁及硝酸铁。
实施例1
自环戊酮、N-甲基吡咯烷酮及甲醇和0.01wt％表面活性剂SilwetL7001(GE Silicones)的混合物用含有(0.332g/m2)聚氰基丙烯酸酯、(0.054g/m2)具有下列结构的红外染料1连续地涂布包含102微米聚对苯二甲酸乙二醇酯载体的供体元件，该载体包含用二羟基二氧杂环己烷硬化的0.43g/m2明胶的亚层，
Figure S2006800363901D00121
然后自甲乙酮及乙醇的混合物用抗蚀剂转移层涂覆该组件，该抗蚀剂转移层含有(1.08g/m2)Foral 85(氢化的松香酯，Hercules Corp.)粘合剂、来自DayGlo Corporation的(1.08g/m2)有机颜料(Organic Pigment)T-11(于直径4至5微米的热固性树脂珠粒(Thermoset Resin Bead)中的固态染料溶体)、(0.118g/m2)聚乙烯缩丁醛、(0.027g/m2)若丹明(Rhodamine)6G染料及DC1248(Dow Corning)(占该溶液的0.02wt％的硅酮表面活性剂)。
供体元件12置在基板18上，基板18由涂覆有500埃的铝的玻璃板构成，其中抗蚀剂涂覆侧毗邻基板表面上的铝。通过用红外激光束穿过基板18辐照供体元件12来达成热抗蚀剂材料自供体元件12至基板18的激光转移。对于沿宽束方向的1/e2点扫描激光束大小约为16微米乘以80微米。在适宜的功率密度下，停留时间为27微秒。转移在期望由抗蚀剂材料覆盖的区域中形成，其中铝于蚀刻后保留。
在抗蚀剂转移后去除供体元件12，将试样置于Lam 4600型氯基等离子蚀刻工具(Lam Research Corporation，Fremont，CA的产品)中。将图案蚀刻进该金属层。然后将样品置于氧气等离子灰化器中，并去除剩余的热抗蚀剂材料。该过程使该激光抗蚀剂图案转移至铝中。使用完全干燥的图案化过程去除抗蚀剂，产生具有高保真度的铝图案。在珠粒遮掩住该转移过程的地方可观察到一些针孔。
实施例2
对于此两遍式实施例，实施例1的步骤于第一遍中结束。然后，作为第二遍，施加第二抗蚀剂材料，这一次在供体元件12与基板18间未使用间隔颗粒或珠粒处。之所以可以如此是因为于在第一遍中形成的已有结构提供了所需的间隙G(图4)。亦即，对于该第二遍，于该第一遍期间形成的已有表面形体74可有效地起间隔件作用，取消了对于如图4中所示间隔件88的需求。第二遍的供体元件12使用4密耳PET载体，该载体自正丁醇与乙酸正丙酯的混合物涂布有由四丁氧基钛酸酯(Tyzor TBT，Dupont)涂布的第一亚层，并涂布有由下列构成的第二转移层：0.16g/m2乙酸纤维素丙酸酯、0.054g/m2红外-2、0.077g/m2具有以下结构的青色染料1：
Figure S2006800363901D00131
0.075g/m2具有以下结构的品红染料1：
Figure S2006800363901D00132
0.069g/m2具有以下结构的黄色染料1：
Figure S2006800363901D00141
该第二转移层自MIBK(40％)、乙酸正丙酯(20％)、丙二醇单甲基醚(20％)及甲醇(10％)的混合物涂布。
将第二抗蚀剂转移直接施涂于第一抗蚀剂图案上，以使该第二转移与第一图案精确地相匹配。该对齐通过以下方式实现：在不从该激光台平台取下接受基板18的情况下，用第二供体元件2替代第一供体元件12，然后使用与第一图案相同的图案进行激光激活化转移。在第二转移之后，使该显示器基板经受与实施例1相同的氯气蚀刻及O2等离子清洗。该第二转移减弱了珠粒阴影，导致导线质量的提高。
实施例3
该实施例按照实施例1或2中所述相同的方法步骤进行，仅有细微的不同，如下所示：
(i)玻璃基板上的涂布材料为多晶硅；及
(ii)蚀刻气氛为六氟化硫。
实施例4
对于以下实施例，向实施例1的供体元件12及辐射吸收层36上涂覆保护层。该保护层为热抗蚀剂转移层，其包含1.51g/m2 Staybilite 10(松香酯)、0.116g/m2聚乙烯缩丁醛、0.016g/m2红外染料2、0.054g/m2青色染料1、0.0038g/m2二乙烯基苯珠粒(直径为4微米)及占该涂布溶液.036wt％的DC 1248表面活性剂(来自Dow Corning)及甲乙酮溶剂。如同在实施例1中该层以图案转移至基板18，如同在实施例2中，在不使用分隔元件的情况下转移第二完全相同的图案。如同实施例1及2，实施氯气蚀刻并随后实施O2等离子清洗，以提供该铝导体图案。
观察结果
在各个实施例中，转移热抗蚀剂层38皆含有一种或多种聚合物树脂，为10g/m2，优选为1至2g/m2，分子量为1000至2,000,000，优选为50,000至200,000。该转移热抗蚀剂层可含有通常分子量为250至1000且通常玻璃转化温度介于25至175℃之间且优选为40至100℃的单体态玻璃。作为间隔件88(图4)，转移热抗蚀剂层可包括直径通常为1至10微米且直径优选为1至5微米的珠粒。可使用由多种不同材料(例如碳)的珠粒，如先前所述。
如实施例2及随后的实施例所示，使用本发明的方法实施多遍沉积极有价值，其中每一遍具有新供体元件12。对于该第一遍、该第二遍及任何随后的任意遍，由激光束26追踪的图案均相同。多遍沉积的益处涉及由间隔件88导致的遮掩效应。亦即，在特定间隔件88遮掩住形体74的一部分的位置处产生细小的“针孔”，使得转移抗蚀剂层44(图4)不能在一遍中完全形成。当间隔件88用于该第二遍时，基板18的同一区域不太可能在两个连续的遍中皆被间隔件88阻挡。
上述实施例2提及了对于第二遍及随后遍的间隔件88的替代形式。亦即，一旦沉积了形体74的某一部分，则基板18的表面就可能维持足够宽的间隔G间距而不需要间隔件88。在另一个实施方案中，间隔元件可由基板18的表面或供体元件12的表面处的表面粗糙度本身提供。在一个实施方案中，抗蚀剂层38的表面的特征为具有峰84，因此供体元件12可有效地在基板18上支撑其自身，维持间隔G，如图5中所示。
通过在供体元件12与接受基板18间维持间隙G，本发明的烧蚀转移方法提供优于其他转移方法例如于先前给出的背景技术部分中所述的粘着转移方法的优点。一显著的优点涉及热绝缘。间隔G内的空气或其他气体有效地缓冲或隔离所产生的旨在实施转移的热，使之不能到达接受基板18的表面。在基板18具有高导热性(例如，此对于金属材料适用)的情况下，这是特别有益的。即使在某些情况下对转移加以抑制，具有高导热性的表面也会自该转移区域吸收过多的热量。此固有热绝缘性也使得烧蚀转移更有可能用于可能对热敏感的有机材料或可变形基板。烧蚀转移的另一优点涉及供体材料附着至错误表面的趋势，如参照图2中的粘着转移所述。在烧蚀转移中，供体与接受表面间维持一间距，使得已沉积与未沉积供体材料间的任何结合降至最低，从而降低或取消以下可能性，即当剥除供体片时，供体材料无意地自接受表面去除或过量的供体材料自供体元件被去除并附着至接受表面。
制造系统
参照图6，其显示使用本发明方法将材料92的图案施加至基板18的制造系统中所用步骤的方块图。由此制造系统执行的过程为干制造过程，取消了干燥阶段、液体蚀刻剂及液体涂布过程。在进入步骤110中，基板18具有涂布有材料92的载体94。在热抗蚀剂沉积步骤120中，靠近基板18放置供体元件12，两者由间隙G隔开。激光14写入形体74，即在所示实例中的迹线，并使热抗蚀剂材料自供体元件12转移至基板18上。在供体去除步骤130中，去除供体元件12。热抗蚀剂沉积步骤120及供体去除步骤130可重复多遍，如先前所述。材料蚀刻步骤140自载体94的表面蚀刻材料92，由热抗蚀剂保护的区域即形体74下的区域除外。在抗蚀剂蚀刻步骤150中，自该表面蚀刻形体74本身，留下由起始材料92构成的迹线96或其他图案化元件。
图6的顺序是大大简化的，仅显示在基板18上形成一个元件的基本过程。微细加工领域的技术人员将知晓，图6中所示过程可重复多次，以在基板18上形成电路组件。
虽然大多数热抗蚀剂由红外或近红外辐射激活，但该方法亦可与由足够强的可见光或紫外光激光激活的热抗蚀剂一起使用。激光扫描机制可包括平台以及圆筒实施方案，例如真空圆筒。于热固性沉积后(对于图6，于热抗蚀剂沉积步骤120后)可能需要辅助清洗步骤，包括使用蚀刻剂。本发明方法可与等离子体或液体蚀刻剂一起使用，视哪一种最适合于所制造元件而定。例如，材料92(图6)可为金属、有机或无机半导体，或有机或无机介电材料。
由此本发明提供了使用干过程及由烧蚀激光转移形成的抗蚀剂来制造微电子器件的装置及方法。
主要元件符号说明
10    图案化装置
12    供体元件
14    激光
18    基板
22    检流计
24    透镜
26    激光束
28    控制逻辑处理器
30    控制线
32    转移台
34    供体载体
36    辐射吸收层
38    抗蚀剂层
44    转移的抗蚀剂部分
68    转移层
70    供体片
72    载体
74    形体
76    多余部分
78    撕裂部分
88    间隔件
92    材料
94    载体
96    迹线
100   图案化装置
110   进入步骤
120   热抗蚀剂沉积步骤
130   供体去除步骤
140   材料蚀刻步骤
150   抗蚀剂蚀刻步骤

Claims (36)

1.一种用于在基板上形成抗蚀剂图案的方法，其包括：
a)将包括热抗蚀剂材料层的供体元件靠近该基板放置；
b)维持一间隙，以使该热抗蚀剂材料层的表面与该基板的表面被多个间隔元件间隔开；及
c)依照该抗蚀剂的图案将热能导向该供体元件，从而通过烧蚀转移使热抗蚀剂材料的一部分跨越该间隙自该供体元件转移并沉积于该基板上，形成该抗蚀剂图案，
其中所述供体元件包括载体、转移抗蚀剂层和转移热抗蚀剂层；和
其中所述转移热抗蚀剂层包含聚合物树脂、单体态玻璃、光至热转化物质及珠粒。
2.如权利要求1的方法，其中该间隔元件为位于该基板表面上的颗粒。
3.如权利要求1的方法，其中该间隔元件为位于该热抗蚀剂材料层表面上的颗粒。
4.如权利要求1的方法，其中该间隔元件为位于该基板表面上的微珠粒。
5.如权利要求1的方法，其中该间隔元件为位于该热抗蚀剂材料层表面上的微珠粒。
6.如权利要求1的方法，其中该间隔元件为位于该热抗蚀剂材料层表面上的有机颗粒。
7.如权利要求1的方法，其中该间隔元件为包埋于该基板表面上的微珠粒。
8.如权利要求1的方法，其中该间隔元件为包埋于该热抗蚀剂材料层表面上的微珠粒。
9.如权利要求1的方法，其中该间隔元件为位于该基板表面上的表面形体。
10.如权利要求1的方法，其中该间隔元件为位于该热抗蚀剂材料层表面上的表面形体。
11.如权利要求1的方法，其中施加热或压力或同时施加二者以增强该供体元件与该基板间的接触。
12.如权利要求1的方法，其中该转移热抗蚀剂层为25至10微米厚。
13.如权利要求1的方法，其中所述珠粒的直径为1至10微米。
14.如权利要求1的方法，其中所述珠粒的直径为1至5微米。
15.如权利要求1的方法，其中所述珠粒为碳。
16.如权利要求1的方法，其中该热抗蚀剂材料图案的转移由光辐射引起。
17.如权利要求1的方法，其中该热抗蚀剂材料图案的转移由加热引起。
18.如权利要求1的方法，其中该热抗蚀剂材料图案的转移由压力引起。
19.如权利要求1的方法，其中依照该抗蚀剂图案将热能导向该供体元件的步骤包括使用掩模。
20.如权利要求1的方法，其中依照该抗蚀剂图案将热能导向该供体元件的步骤包括激发激光。
21.如权利要求20的方法，其中该激光发射近红外波长。
22.如权利要求1的方法，其中该间隔元件形成于该供体元件的表面中。
23.如权利要求1的方法，其中未由该抗蚀剂图案覆盖的该材料层被等离子蚀刻。
24.如权利要求1的方法，其中施加真空以增强该供体元件与该基板间的接触。
25.一种制造微电子器件的方法，其包括：
a)将包含热抗蚀剂材料层的供体元件靠近基板放置；
b)维持一间隙，以使该热抗蚀剂材料层的表面与该基板的表面被多个间隔元件间隔开；
c)依照抗蚀剂图案将热能导向该供体元件，从而通过烧蚀转移使热抗蚀剂材料的一部分跨越该间隙自该供体元件转移并沉积于该基板上，形成该抗蚀剂图案；
d)去除该供体元件；
e)蚀刻该基板以去除未由该抗蚀剂图案覆盖的材料；及
f)去除该抗蚀剂图案，
其中所述供体元件包括载体、转移抗蚀剂层和转移热抗蚀剂层；和
其中所述转移热抗蚀剂层包含聚合物树脂、单体态玻璃、光至热转化物质及珠粒。
26.如权利要求25的方法，其中该图案以光学方法自光掩模转移。
27.如权利要求25的方法，其中该图案由光学调制光束直接写入。
28.如权利要求25的方法，其中引导辐射能量包括激发激光的步骤。
29.如权利要求25的方法，其包括一个附加步骤：在蚀刻前硬化该抗蚀剂材料的图案。
30.如权利要求29的方法，其中该硬化通过光辐射实施。
31.如权利要求29的方法，其中该硬化通过正式加热实施。
32.如权利要求29的方法，其中该硬化通过化学改性实施。
33.一种制造微电子器件的方法，其包括：
a)将包含热抗蚀剂材料层的供体元件靠近基板放置；
b)维持一间隙，以使该热抗蚀剂材料层的表面与该基板的表面被多个间隔元件间隔开；
c)依照抗蚀剂图案将热能导向该供体元件，从而通过烧蚀转移使热抗蚀剂材料的一部分跨越该间隙自该供体元件转移并沉积于该基板上，形成该抗蚀剂图案；
d)依照该抗蚀剂图案将光能导向该供体元件并持续至少一另外的时间；
e)去除该供体元件；
f)蚀刻该基板以去除未由该抗蚀剂图案覆盖的材料；及
g)去除该抗蚀剂图案，
其中所述供体元件包括载体、转移抗蚀剂层和转移热抗蚀剂层；和
其中所述转移热抗蚀剂层包含聚合物树脂、单体态玻璃、光至热转化物质及珠粒。
34.一种制造微电子器件的方法，其包括：
a)将包含热抗蚀剂材料层的供体元件靠近基板放置；
b)维持一间隙，以使该热抗蚀剂材料层的表面与该基板的表面被多个间隔元件间隔开；
c)依照抗蚀剂图案将热能导向该供体元件，从而通过烧蚀转移使热抗蚀剂材料的一部分跨越该间隙自该供体元件转移并沉积于该基板上，形成该抗蚀剂图案；
d)依照该抗蚀剂图案将光能导向该供体元件并持续至少一另外的时间；
e)去除该供体元件；
f)沉积覆盖材料层；及
g)去除该抗蚀剂图案及覆盖该抗蚀剂图案的材料，
其中所述供体元件包括载体、转移抗蚀剂层和转移热抗蚀剂层；和
其中所述转移热抗蚀剂层包含聚合物树脂、单体态玻璃、光至热转化物质及珠粒。
35.一种制造微电子器件的方法，其包括：
a)将包含第一热抗蚀剂材料的层的第一供体元件靠近基板放置；
b)维持一间隙，使该第一热抗蚀剂材料的层的表面与该基板的表面被多个间隔元件间隔开；
c)依照抗蚀剂图案将热能导向该供体元件，从而通过烧蚀转移使该第一热抗蚀剂材料的一部分跨越该间隙自该第一供体元件转移并沉积于该基板上，形成该抗蚀剂图案；及
d)用包含第二热抗蚀剂材料的层的第二供体元件替换该第一供体元件并重复步骤b)及c)，以使该第二热抗蚀剂材料自该第二供体元件转移至该基板上，从而形成抗蚀剂图案，
其中所述供体元件包括载体、转移抗蚀剂层和转移热抗蚀剂层；和
其中所述转移热抗蚀剂层包含聚合物树脂、单体态玻璃、光至热转化物质及珠粒。
36.如权利要求35的方法，其进一步包括：
e)向该基板上的该抗蚀剂图案上沉积材料覆盖层；及
f)去除覆盖该抗蚀剂图案的该材料层的一部分。
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