DE102006058560B4

DE102006058560B4 - Verfahren zur Bildung hochaufgelöster Strukturen mit gewünschter Dicke oder hohem Aspektverhältnis mittels eines Trockenfilmresists

Info

Publication number: DE102006058560B4
Application number: DE102006058560A
Authority: DE
Inventors: Dong-Youn Shin; Dong-Soo Kim; So-Nam Yun; Young-Bog Ham; Byung-Oh Choi
Original assignee: Korea Institute of Machinery and Materials KIMM
Current assignee: Korea Institute of Machinery and Materials KIMM
Priority date: 2006-05-03
Filing date: 2006-12-12
Publication date: 2012-12-06
Anticipated expiration: 2026-12-13
Also published as: KR100690929B1; JP5356646B2; DE102006058560A1; JP2007296509A; US7879536B2; US20070259293A1

Abstract

Verfahren zur Bildung einer hochaufgelösten Struktur (20) mit einer gewünschten Dicke und einem hohen Aspektverhältnis mittels eines Trockenfilmresists (30) durch selektives Entfernen des auf einem Substrat (10) aufgebrachten Trockenfilmresists (30) mittels Belichten und Ablagern eines funktionalen Materials (M) in einen Bereich, von welchem der Trockenfilmresist (30) entfernt wurde, wobei das Verfahren umfasst: einen Schutzschicht-Bildungsschritt (S0) des Bildens einer Schutzschicht zum Schutz des Substrats (10) oder der Struktur (20), die auf dem Substrat (10) gebildet ist, vor Kontaminationen, die vor, während oder nach der Verarbeitung auftreten; einen Trockenfilmresist-Aufbringschritt (S1) des Aufbringens eines Trockenfilmresists (30) mit einer Dicke von 100 × β/α (μm) oder mehr auf das Substrat (10) mittels eines Laminators, mit der Maßgabe, dass der Volumenanteil des funktionalen Materials (M), der letztendlich als ein Film zurückbleiben wird, α (Vol.-%) ist und dass eine erforderliche Dicke einer Struktur (20) β (μm) ist, wobei der Trockenfilmresist (30) aus einer Mehrzahl...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung einer hochaufgelösten Struktur und insbesondere ein Verfahren zur Bildung einer hochaufgelösten Struktur mit einem hohen Aspektverhältnis, das die Schritte umfasst: einen Aufbringschritt des Aufbringens eines Trockenfilmresists auf ein Substrat; einen Belichtungsschritt des Belichtens eines Trockenfilmresists, entweder mittels Bestrahlen mit einem fokussierbaren Energiestrahl direkt auf den Trockenfilmresist ohne Verwendung einer Maske oder eines diffraktiven optischen Elementes oder mittels Projizieren eines bestimmten Wellenlängenbereichs des Lichts auf den Trockenfilmresist durch eine Maske oder ein diffraktives optisches Element, um den Trockenfilmresist zu der gewünschten Form zu strukturieren, um eine Struktur zu bilden; einen Strukturvorlage-Bildungsschritt des Entfernens des belichteten Bereiches mittels eines Entwicklungsverfahrens; und einen Ablagerungsschritt des Ablagerns eines funktionalen Materials in den Bereich, von welchem der Trockenfilmresist entfernt wurde.
Beschreibung des Standes der Technik
Im Allgemeinen wird Photolithographie angewendet, um Strukturen für den Einsatz in elektronischen Vorrichtungen zu bilden. Der hier verwendete Begriff „Photolithographie” bezieht sich auf eine Technik zur Bildung einer Form unter zunutze machen von Löslichkeit, die von einer photochemischen Reaktion herrührt. Im Speziellen umfasst Photolithographie die Induktion einer photochemischen Reaktion, entweder auf einem Film, der eine Empfindlichkeit gegenüber einer bestimmten Wellenlänge des Lichts besitzt, oder einem flüssigen Photoresist, wahlweise, abhängig von einem Bereich, der Licht ausgesetzt wird, welches durch eine Maske hindurchtritt, und einem Bereich, der nicht dem Licht ausgesetzt wird, und Unterwerfen des resultierenden Films oder Photoresists verschiedenen Verfahren, einschließlich Entwickeln, Ablagern und Entfernen, um schließlich die gewünschte Struktur zu erzeugen.
Allerdings weist dieses Photolithographie-Verfahren Probleme auf, derart, dass eine große Menge an Material verschwendet wird und ein Vorgang kompliziert ist, was zu einer Verringerung in der Effizienz führt. Außerdem, da eine großflächige Maske verwendet wird, ist es schwierig, in einer kurzen Zeit eine neue Ausgestaltung zu implementieren.
Bei einem Dickfilmverfahren zur Ablagerung eines funktionalen Materials zu Strukturen bis zu einer Dicke im Mikrometerbereich oder größer mittels eines Verfahrens wie Sputtern oder CVD innerhalb einer kurzen Zeitspanne ist die Photolithographie ebenfalls ungeeignet hinsichtlich der Verfahrenseffizienz. Daher ist, um diese Probleme mit der Photolithographie zu überwinden, ein Tintenstrahl-Strukturbildungsverfahren vorgeschlagen worden, das verwendet werden kann, um Strukturen direkt auf einem Substrat ohne jegliche Verwendung einer Maske zu erzeugen.
Dieses Tintenstrahl-Strukturbildungsverfahren wird nun mit Bezug auf die 1a und 1b beschrieben.
Wie in 1a gezeigt ist, wird ein funktionales Material zur Bildung einer Struktur auf einem Substrat 10 von einem Tintenstrahl-Druckkopf H abgelagert und wird getrocknet, um einen überflüssigen Tinten-Trägervehikel vom funktionalen Material zu entfernen. Zum besseren Verständnis des obigen Tintenstrahl-Strukturbildungsverfahrens wird das folgende Beispiel angeführt. Der Gehalt eines zu strukturierenden funktionalen Materials mit einem spezifischen Gewicht von 10 wird zu 50 Gew.-% angenommen bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte. Außerdem wird der Gehalt eines/von Trägervehikel/Trägervehikeln, das/die ein mittleres spezifisches Gewicht von 1 aufweist/aufweisen und nach dem Trocknen zu entfernen ist/sind, zu 50% angenommen bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte. Hierbei beträgt der Volumenanteil des funktionalen Materials bezogen auf das Gesamtvolumen der Tinte etwa 9%.
Zum besseren Verständnis wird unter Nichtberücksichtigung komplexer physikalischer Phänomene angenommen, dass die Linienbreite, die mit einem Tintenstrahl strukturiert werden kann, festgelegt ist, und dass eine einheitliche Abnahme der Dicke erfolgt. Infolgedessen beträgt die Dicke einer nach dem Trocknen verbleibenden Struktur nur 9% der Dicke einer anfänglichen Struktur. Wenn ein derartiger Tintenstrahl zur Bildung einer Struktur verwendet wird, besteht ein Problem darin, dass eine unerwünschte übermäßige Abnahme an Dicke in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Tinte auftritt, wobei dieses Phänomen in 1a gezeigt ist. Außerdem ist es, um eine Struktur zu bilden, so dass diese eine hohe Auflösung aufweist, d. h. um die Breite zu verringern, üblich, die Größe eines Tintentropfens zu verringern. Wenn ein kleinerer Tintentropfen verwendet wird, um eine hohe Auflösung, wie oben beschrieben, zu erreichen, wird eine kleinere Menge Tinte pro Flächeneinheit abgelagert, wie in 1b gezeigt. Infolgedessen wird die Dicke der resultierenden Struktur proportional zur Verringerung der Linienbreite verringert, und daher ist es physikalisch schwierig, beide Aufgaben des Verringerung der Linienbreite allein und gleichzeitig des Beibehaltens der gewünschten Strukturdicke zu erreichen.
Außerdem erhöht sich, wenn die Größe des Tintentropfens (d. h. des funktionalen Materials) zur Erzielung einer hochaufgelösten Struktur verringert wird, die Trefferungenauigkeit des Tintentropfens relativ zur Größe der Struktur, wodurch ein bestimmter Strukturierungsfehler und die Bildung einer nicht korrekten Struktur verursacht werden.
Die US 2006/0063111 A1 , die US 2006/0009020 A1 sowie die US 6,074,893 A und US 2003/0022107 A1 offenbaren jeweils ein Verfahren zur Bildung einer hochaufgelösten Struktur mit einer gewünschten Dicke, in dessen Verlauf eine Foto-sensible Opferschicht auf ein Substrat aufgebracht, strukturiert mittels eines fokussierten Laserstrahls belichtet, die belichteten Stellen entfernt und ein funktionales Material in die von der Opferschicht befreiten Strukturen abgelagert wird.
Die WO 2006/025016 A1 offenbart ein weiteres Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbringen von Strukturen auf ein Substrat, das mit einer Schicht versehen ist. Das Verfahren umfasst das Abtragen von Strukturen in der Deckschicht mittels Laser-Ablation, worauf sich das Anbringen von Tinte in den abgetragenen Strukturen anschließt.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, die in der Technik auftreten, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine hochaufgelöste Struktur mittels Belichten eines Trockenfilmresists zu erhalten, entweder mittels Bestrahlen mit einem fokussierbaren Energiestrahl direkt und selektiv auf den Trockenfilmresist, der auf einem Substrat aufgebracht ist, oder mittels Projizieren eines bestimmten Wellenlängenbereichs des Lichts auf den Trockenfilmresist durch eine Maske oder ein diffraktives optisches Element, Entfernen des belichteten Bereiches durch ein Entwicklungsverfahren und Ablagerung eines funktionalen Materials in den Bereich, von welchem der Trockenfilmresist entfernt wurde. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gewünschte Strukturdicke mittels Einstellen der Dicke eines anfänglichen Trockenfilmresists zu erhalten, der im Hinblick einer Verminderung der Dicke, die von dem Trocknen der Tinte resultiert, ausreichend ist, und Beladen von Tinte in der ausgewählten Dicke des Films. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Substrat mit einer darauf gebildeten freien Struktur bereitzustellen zur Verwendung in dem Verfahren.
Um die vorgenannten Aufgaben zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Bildung einer hochaufgelösten Struktur mit einer gewünschten Dicke oder hohem Aspektverhältnis mittels eines Trockenfilmresists bereit, wobei das Verfahren umfasst: einen Aufbringschritt des Aufbringens eines Trockenfilmresists auf ein Substrat in einer klebenden oder haftenden Weise; einen Belichtungsschritt des Belichtens des Trockenfilmresists, entweder mittels Bestrahlung mit einem fokussierbaren Energiestrahl selektiv und direkt auf den Trockenfilmresist oder mittels Projizieren eines gegebenen Wellenlängenbereichs des Lichts auf den Trockenfilmresist durch eine herkömmliche Maske oder ein diffraktives optisches Element, um den Trockenfilmresist in die gewünschte Form zu strukturieren; einen Strukturvorlage-Bildungsschritt des Entfernens des Trockenfilmresists von dem belichteten Bereich durch ein Entwicklungsverfahren; und einen Ablagerungsschritt des Ablagerns eines funktionalen Materials selektiv in den Bereich, von welchem der Trockenfilmresist entfernt wurde.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die vorgenannten und weitere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung lassen sich anhand der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den anhängenden Zeichnungen besser verstehen, in welchen:
1 ein schematisches Verfahrensdiagramm ist, das ein Verfahren des Bildens einer Struktur entsprechend dem bekannten Tintenstrahl-Strukturbildungsverfahren zeigt;
2 ein schematisches Verfahrensdiagramm ist, das ein Strukturierungsverfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ein schematisches Verfahrensdiagramm ist, das ein Verfahren des einfachen Bildens einer komplexen hochaufgelösten Struktur entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt; und
4 ein Verfahrensdiagramm bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellt, welche die Formen von Strukturen nach Trocknung gemäß der Benetzbarkeit eines Trockenfilmresists mit Tinte zeigt.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Im Folgenden wird die Erfindung in weiterem Detail mit Bezug auf die anhängenden Zeichnungen beschrieben.
Wie zuvor beschrieben, stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Bildung einer hochaufgelösten Struktur bereit, das eine exakte Strukturlinienbreite und -dicke mittels Verringerung der Breite und gleichzeitigem Beibehalten einer gegebenen Höhe erzielen kann, wobei das Verfahren umfasst: Belichten eines Trockenfilmresists, der auf dem Substrat aufgebracht ist, entweder mittels Bestrahlen mit einem fokussierbaren Energiestrahl selektiv und direkt auf den Trockenfilmresist oder mittels Projizieren eines bestimmten Wellenlängenbereichs des Lichts auf den Trockenfilmresist durch eine Maske oder ein diffraktives optisches Element; Entfernen des Trockenfilmresists von dem belichteten Bereich, in dem ein funktionales Material abgelagert werden soll, durch ein Entwicklungsverfahren; und Ablagern des funktionalen Materials in den Bereich, von welchem der Trockenfilmresist entfernt wurde. Zu diesem Zweck umfasst das erfindungsgemäße Verfahren: einen Aufbringschritt des Aufbringens eines Trockenfilmresists auf ein Substrat in einer klebenden oder haftenden Weise; einen Belichtungsschritt des Belichtens des Trockenfilmresists, entweder mittels Bestrahlen mit einem fokussierbaren Energiestrahl selektiv und direkt auf den Trockenfilmresist oder mittels Projizieren eines bestimmten Wellenlängenbereichs des Lichts auf den Trockenfilmresist durch eine Maske oder ein diffraktives optisches Element, um den Trockenfilmresist in die gewünschte Form zu strukturieren; einen Entwicklungsschritt des Entwickelns des belichteten Bereichs; und ein Ablagerungsschritt des Ablagerns eines funktionalen Materials in den Bereich, von welchem der Trockenfilmresist entfernt wurde.
Insbesondere in dem Fall, in welchem ein dicker Film mit einer Dicke von 1 Mikrometer oder mehr erforderlich ist, mit der Maßgabe, dass der Volumenanteil eines funktionalen Materials, das als ein Formfilm nach dem Trocknen von Tinte zurückbleibt, α Vol.-% ist und dass die zu erreichende Strukturdicke β μm ist, wird ein halbfester oder fester Trockenfilmresist mit einer Dicke von 100 × β/α μm oder mehr auf dem Substrat in einer klebenden oder haftenden Form auf das Substrat aufgebracht, beispielsweise mittels eines Laminators.
Jedoch ist das Verfahren des Aufbringens des Trockenfilmresists auf das Substrat nicht nur auf die Verwendung des Laminators beschränkt, sondern umfasst jedes herkömmliche Verfahren, das zum Aufbringen eines filmförmigen Produkts auf das Substrat geeignet ist.
Der Trockenfilmresist, der auf das Substrat mittels des oben beschriebenen Verfahrens aufgebracht ist, wird direkt dem fokussierbaren Energiestrahl ausgesetzt oder wird einem bestimmten Wellenlängenbereich des Lichts durch eine Maske oder ein diffraktives optisches Element ausgesetzt und dann wird ein Bereich, der mit Tinte befüllt werden kann, in dem Trockenfilmresist durch ein Entwicklungsverfahren gebildet. Die aufgetragene Tinte, d. h. das funktionale Material, wird sich nach dem Trocknen zu einem Film ausbilden, um als eine Struktur zu fungieren.
Außerdem wird, um ein Substrat mit einer darauf gebildeten freien Struktur zur Verwendung in dem Verfahren bereitzustellen, der Trockenfilmresist entsprechend der Form der benötigten Struktur belichtet, entweder mittels Bestrahlen mit einem fokussierbaren Energiestrahl selektiv und direkt auf den Trockenfilmresist oder mittels Bestrahlen eines bestimmten Wellenlängenbereichs des Lichts auf den Trockenfilmresist durch eine Maske oder ein diffraktives optisches Element. Danach wird der belichtete Trockenfilmresist selektiv durch ein Entwicklungsverfahren entfernt. Der Bereich, von welchem der Trockenfilmresist entfernt wurde, kann mit einem oder mehreren funktionalen Materialien befüllt werden, ausgewählt unter den folgenden Materialien: leitfähige organische Materialien wie etwa PEDOT (Poly-(3,4-ethylendioxythiophen))-PSS (Poly(4-styrolsulfonat)), leitfähige anorganische Materialien wie etwa Kupfer- oder Aluminium-Nanopartikel, leitfähige Materialvorläufer wie etwa Organometallverbindungen, organische/anorganische Fluoreszenz- oder Phosphoreszenzsubstanzen zur Verwendung in Elektrolumineszenzvorrichtungen, elektrische Isolatoren oder Dielektrika und organische/anorganische Halbleitermaterialien.
Allerdings sind die genannten Materialien lediglich Beispiele für solche funktionalen Materialien und die Auswahl des funktionalen Materials wird in Abhängigkeit von der beabsichtigten Verwendung desselben bestimmt.
Im Folgenden wird das Verfahren zur Bildung der hochaufgelösten Struktur mit einer gewünschten Dicke oder hohem Aspektverhältnis entsprechend der vorliegenden Erfindung detaillierter beschrieben.
Das Strukturbildungsverfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung umfasst: einen Aufbringschritt (S1) des Aufbringens eines Trockenfilmresists 30 auf ein Substrat 10 in einer klebenden oder haftenden Weise; einen Belichtungsschritt (S2) des Belichtens des Trockenfilmresists 30 mittels Bestrahlen mit einem fokussierbaren Energiestrahl 25 direkt auf den Trockenfilmresist 30, um den Trockenfilmresist 30 in die gewünschte Form zu strukturieren; einen Strukturvorlage-Bildungsschritt (S3) des Entfernens des belichteten Trockenfilmresists mittels eines Entwicklungsverfahrens, um eine Strukturvorlage zu bilden; und einen Ablagerungsschritt (S4) des Ablagerns eines funktionalen Materials in die Strukturvorlage, um eine Struktur zu bilden.
Dabei ist das Material des Substrats 10 nicht speziell beschränkt, solange es verwendet wird, um die Struktur 20 darauf zu bilden und auf herkömmliche Weise in der Technik verwendet wird.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird, wenn die Struktur 20 bereits auf dem Substrat 10 gebildet ist, keine spezielle Schicht auf der Struktur 20 abgelagert, jedoch kann/können eine oder mehrere Schichten, ausgewählt unter den folgenden Schichten, falls nötig, auf dem Substrat 10 abgelagert sein: einer Schutzschicht zum Schutz des Substrats 10 oder der Struktur 20, die auf dem Substrat 10 gebildet ist, vor Kontaminationen, die vor, während oder nach der Verarbeitung gebildet werden; einer Lichtabschirmschicht zum Schutz des Substrats 10 oder der Struktur 20, die auf dem Substrat 10 gebildet ist entweder mittels Abschirmung der Energie des fokussierbaren Energiestrahls 25 oder eines bestimmten Wellenlängenbereichs des Lichts, ohne dass die Energie zu der darunter liegenden Struktur geleitet wird, oder mittels Absorption der Energie, um so durch sich selbst entfernt zu werden; einer Haftschicht zur Erhöhung der Haftung des Trockenfilmresists 30 am Substrat 10; und einem entfernbaren Film zum Schutz der Haftschicht während der Lagerung des Substrats.
Dabei können diese Schichten aus einer einzelnen Schicht oder einer Mehrzahl von Schichten bestehen.
Unterdessen kann entweder die Lichtabschirmschicht oder die Schutzschichten zuerst in Abfolge abgelagert sein und können aus einer Mehrzahl von Lichtabschirmschichten oder Schutzschichten bestehen und die Haftschicht ist im Allgemeinen an dem obersten Bereich des Substrats 10 gebildet und ist mit dem entfernbaren Film während der Lagerung des Substrats geschützt.
Außerdem sind, um das Entfernen dieser Schichten einfach zu gestalten, diese Schichten beispielsweise aus Materialien hergestellt, die leicht mittels eines Energiestrahls mit derselben Wellenlänge (λ1) wie oder einer Wellenlänge (λ2), welche von der Wellenlänge des fokussierbaren Energiestrahls zur Bildung der Struktur 20 verschieden ist, entfernt werden, aus Materialien, die einen Lichtabsorber enthalten, der die Wellenlänge gut absorbiert, oder aus Materialien, die in einem Lösungsmittel, welches zum Waschen nach einem Verfahren verwendet wird, hoch löslich sind.
Außerdem können die Schichten entsprechend der Auswahl und der Mischung der verwendeten Materialien eine Mehrzahl von Funktionen ohne Beschränkung ausüben.
Der Trockenfilmresist 30 ist, wie oben beschrieben, auf das Substrat 10 in einer klebenden oder haftenden Weise aufgebracht und wird nun beschrieben. Das Material zur Bildung des Trockenfilmresists 30 ist nicht speziell beschränkt, solange es ein positiv oder negativ lichtempfindliches Harz ist, welches bei Raumtemperatur halbfest oder fest ist, und leicht eine photochemische Reaktion durchläuft als Antwort auf direkte Bestrahlung mit dem fokussierbaren Energiestrahl 25, wie etwa einem Laserstrahl, oder durch Bestrahlung mit einem bestimmten Wellenlängenbereich des Lichts durch eine Maske oder ein diffraktives optisches Element, so dass es in einer Entwicklungslösung eine unterschiedliche Löslichkeit zwischen dem belichteten Bereich 35 und einem unbelichteten Bereich zeigt.
Der hier verwendete Begriff „positiv lichtempfindliches Harz” betrifft ein lichtempfindliches Harz, dessen belichteter Bereich in einem Entwicklungsverfahren entfernt wird. Wenn das positiv lichtempfindliche Harz verwendet wird, kann der Bereich davon, in den das funktionale Material abzulagern ist, mittels Bestrahlung mit dem fokussierbaren Energiestrahl direkt auf den Bereich oder mittels Bestrahlen mit einem bestimmten Wellenlängenbereich des Lichts auf den Bereich durch eine Maske oder eine diffraktive optische Vorrichtung belichtet werden und kann dann durch ein Entwicklungsverfahren entfernt werden.
Der hier verwendete Begriff „negativ lichtempfindliches Harz” betrifft ein lichtempfindliches Harz, dessen unbelichteter Bereich durch ein Entwicklungsverfahren entfernt wird. Wenn das negativ lichtempfindliche Harz verwendet wird, können beide Seitenbereiche des Bereiches, in den das funktionale Material abzulagern ist, mittels Bestrahlen der Bereiche mit einem fokussierbaren Energiestrahl oder mittels Bestrahlen der Bereiche mit einem bestimmten Wellenlängenbereich des Lichts durch eine Maske oder ein diffraktives optisches Element belichtet werden und dann kann der unbelichtete Bereich durch ein Entwicklungsverfahren entfernt werden, wodurch so genannte „Dammstrukturen” erzeugt werden. In diesem Fall wird das funktionale Material in den Bereich zwischen den Dammstrukturen, von welchen der Trockenfilmresist entfernt wurde, abgelagert.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung des positiv lichtempfindlichen Harzes gegenüber der Verwendung des negativ lichtempfindlichen Harzes bevorzugt und die vorliegende Erfindung wird nun mit Bezug auf den Trockenfilmresist, der aus dem positiv lichtempfindlichen Harz gebildet ist, beschrieben.
Unterdessen kann der Trockenfilmresist 30 aus einer einzelnen Schicht, die aus einem einzelnen Material oder einer Mehrzahl von Materialien besteht, oder aus einer Mehrzahl von Schichten zusammengesetzt sein. Insbesondere, wenn der Trockenfilmresist 30 aus einer Mehrzahl von Schichten zusammengesetzt ist, kann er zusammengesetzt sein aus: einer oder mehreren Haftschichten, die auf der unteren Oberfläche des Trockenfilmresists 30 aufgebracht sind, um den Trockenfilmresist leicht auf das Substrat 10 aufzubringen; eine Lichtabschirmschicht zum Schutz des direkt gestrahlten fokussierbaren Energiestrahls 25 oder eines bestimmten Wellenlängenbereichs des Lichts, der durch die Maske oder das diffraktive optische Element projiziert wird, vor durch oder unter den Trockenfilmresist geleitet zu werden; eine lichtempfindliche Schicht, die aus einem Harz gebildet ist, welches einfach einem fokussierbaren Energiestrahl oder einem bestimmten Wellenlängenbereich des Lichts durch die Maske oder das diffraktive optische Element ausgesetzt wird; eine Schutzschicht zum Schutz vor Kontamination, die vor oder während der Verarbeitung auftritt; und ein oberster entfernbarer Film und ein unterster entfernbarer Film, die in dem obersten Bereich beziehungsweise untersten Bereich des Trockenfilmresists angeordnet sind. Dabei dient der oberste entfernbare Film zum Schutz des Substrats 10 während der Lagerung des Substrats und der unterste entfernbare Film schützt davor, dass Fremdstoffe an die Haftschicht anheften oder angelagert werden. Außerdem kann jede dieser Schichten einzeln in der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Auf der unteren Oberfläche des obersten entfernbaren Films ist Oberflächen-modifizierendes Netzmittel aufgetragen, welches zur Kontrolle der Oberflächen-Benetzbarkeit dient, wenn das funktionale Material (Tinte), nachdem der oberste entfernbare Film entfernt worden ist, abgelagert wird, gefolgt von Belichten und Entwicklungsschritten. Alternativ kann das Netzmittel in der lichtempfindlichen Schicht oder der Schutzschicht enthalten sein. Alternativ kann es auch nach der Entfernung des entfernbaren Films aufgetragen werden.
Wenn das Oberflächen-modifizierende Netzmittel aufgetragen ist, so dass die Oberfläche des Trockenfilmresists eine niedrige Affinität zu Tinte aufweist, zeigt das abgelagerte funktionale Material eine starke Tendenz, sich selbst an dem Bereich auszurichten, von welchem der Trockenfilmresist entfernt wurde, auf Grund seiner geringen Affinität zu der oberen Oberfläche des Trockenfilmresists (siehe 4a). Andererseits, wenn die Benetzbarkeit zwischen der oberen Oberfläche des Fotoresistfilms und dem funktionalen Material ansteigt, verteilt sich das funktionale Material dünn auf dem Trockenfilmresist, so dass es eine starke Tendenz zeigt, in einem Zustand abgelagert zu werden, in welchem das funktionale Material auf dem Trockenfilmresist und das funktionale Material in dem Bereich, von dem der Trockenfilmresist entfernt wurde, nach dem Trocknen voneinander getrennt sind oder schwach miteinander verbunden sind (siehe 4b).
Alternativ kann außerdem ein Material mit geeigneter Benetzbarkeit (wie etwa Nicht-Affinität oder Affinität) mit dem funktionalen Material auch auf der unteren Oberfläche des obersten entfernbaren Films abgelagert werden.
Alternativ können nach dem Entfernen des obersten entfernbaren Films die Oberflächeneigenschaften des Trockenfilmresists wie benötigt durch Trockenbehandlung wie etwa Raumtemperaturplasma- oder Coronabehandlung verändert werden.
Der Trockenfilmresist 30 kann geeignete Additive zur Kontrolle der Haftung zum Substrat 10 oder zum funktionalen Material M enthalten oder zur Beibehaltung der benötigten Benetzbarkeit (wie etwa Hydrophobie oder Hydrophilie) mit dem funktionalen Material oder um dem Trockenfilmresist 30 eine geeignete Flexibilität zu verleihen oder um die Absorption des oder die Empfindlichkeit gegenüber einem fokussierbaren Energiestrahl oder einem bestimmten Wellenlängenbereich des Lichts, der durch eine Maske oder ein diffraktives optisches Element projiziert ist, zu erhöhen.
Alternativ kann der Trockenfilmresist, der in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ausgewählt sein von Produkten, die kommerziell erhältlich sind von Kolon Industries., Co., SKC, Dongjin Semichem Co., LG Chemical Co., Cheil Industries Inc., Dongwoo Fine-Chem Co., Ltd. und Torayseahan Co.
In dem Strukturbildungsverfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung kann vor dem Schritt (S1) des Aufbringens des Trockenfilmresists 30 auf das Substrat 10 eine Schutzschicht zwischen dem Substrat und dem Trockenfilmresist gebildet werden, d. h. auf dem Substrat und/oder unter dem Trockenfilmresist, um Trockenfilmresist-Rückstände, die, nachdem der Trockenfilmresist belichtet und dem Entwicklungsverfahren unterworfen worden ist, auf dem Substrat zurückbleiben, einfach zu entfernen. Diese Schutzschicht kann aus einem wasserlöslichen Polymer gebildet sein, wenn ein polares Lösungsmittel in einem Waschvorgang verwendet wird, und sie kann aus einem wasserunlöslichen Polymer gebildet sein, wenn ein unpolares Lösungsmittel in einem Waschvorgang verwendet wird, jedoch ist der Umfang der vorliegenden Erfindung darauf nicht beschränkt. Als Schutzschicht und ein Lösungsmittel zur Entfernung derselben werden Materialien ausgewählt, welche das abgelagerte funktionale Material nicht beeinflussen.
Das Substrat 10 und der Trockenfilmresist 30, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, wurden oben beschrieben. Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben und umfasst: einen Aufbringschritt (S1) des Aufbringens des Trockenfilmresists 30 auf das Substrat 10 in einer klebenden oder haftenden Weise; einen Belichtungsschritt (S2) des Belichtens des Trockenfilmresists 30 entweder mittels Strahlen eines fokussierbaren Energiestrahls 25 auf den Trockenfilmresist 30 oder mittels Projizieren eines gegebenen Wellenlängenbereiches des Lichts auf den Trockenfilmresist 30 durch eine herkömmliche Maske oder ein diffraktives optisches Element, um den Trockenfilmresist in die gewünschte Form zu strukturieren; einen Strukturvorlagen-Bildungsschritt (S3) des Entfernens des belichteten Trockenfilmresists durch ein Entwicklungsverfahren, wodurch eine Strukturvorlage 40 gebildet wird; und einen Ablagerungsschritt des Ablagerns eines funktionalen Materials M in die Strukturvorlage.
Zuerst wird der Aufbringschritt (S1) des Aufbringens des Trockenfilmresists auf das Substrat 10 mit Bezug zur 2a beschrieben. Das Substrat 10 und der Trockenfilmresist 30 werden mittels Laminieren aneinandergelagert und können erwärmt werden, um den Vorgang zu vereinfachen (siehe 2a). Allerdings ist das Verfahren des Ablagerns des Trockenfilmresists in diesem Schritt in der vorliegenden Erfindung nicht speziell eingeschränkt, solange es sich um ein Aufbringverfahren handelt, das üblicherweise in der Technik verwendet wird.
Der Aufbringschritt (S1) wird gefolgt vom Belichtungsschritt (S2) des Belichtens des Trockenfilmresists mittels Bestrahlen mit dem fokussierbaren Energiestrahl 25 direkt auf den Trockenfilmresist oder mittels Projizieren eines bestimmten Wellenlängenbereiches des Lichts auf den Trockenfilmresist durch eine Maske oder ein diffraktives Element, wodurch der Trockenfilmresist in die gewünschte Form strukturiert wird. Dann wird der Strukturvorlage-Bildungsschritt des Entfernens des belichteten Bereichs 35 durch ein Entwicklungsverfahren durchgeführt, um die Strukturvorlage 40 zu bilden.
Im Speziellen wird der Trockenfilmresist 30, der auf das Substrat 10 aufgebracht ist, in die gewünschte Form strukturiert, um den belichteten Bereich 35 im Trockenfilmresist 30 zu bilden, und dann wird ein teilweise entfernter Bereich des Trockenfilmresists 30, der die Strukturvorlage 40 ist, gebildet (siehe 2b und 2c).
Dabei kann die Belichtung des Trockenfilmresists mittels Bestrahlung mit dem fokussierbaren Energiestrahl 25 auf den Trockenfilmresist durchgeführt werden, wie etwa einem Laserstrahl, wie oben beschrieben, und der Energiestrahl kann ferner direkt auf das Substrat 10 gestrahlt werden, während der fokussierbare Energiestrahl mittels digitalisierter Daten bezüglich der Ausgangsleistung des Strahls, der Größe des Strahlflecks, der Abtastrate und eines zu strukturierenden Abbilds sowie unter Verwendung eines Computers kontrolliert wird.
Derzeit kann ein Laser-direct-imaging-(LDI)-Verfahren angewendet werden, welches die Bilderzeugung direkt aus Daten ohne Fotomaske durchführen kann. Ein System zum Durchführen des Laser-direct-imaging-Verfahrens ist kommerziell von verschiedenen Unternehmen erhältlich, einschließlich Orbotech, Pentax, Electro Scientific Industries, LPKF Laser & Electronics AG, Creo, Mania-Barco, Dainippon Screen, Automa-Tech, Ball Semiconductors, Preco Industries und dergleichen. Die Wellenlänge des Laserstrahls, der in diesem Fall verwendet wird, muss mit dem Wellenlängenbereich des Lichts übereinstimmen, für welchen der Trockenfilmresist sensibilisiert ist. In der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise das Verfahren des Belichtens des Trockenfilmresists mittels Bestrahlung mit einem Laserstrahl auf den Resist angewendet, ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Andere fokussierbare Energiestrahlen können E-Strahlen, fokussierte Ionenstrahlen und dergleichen einschließen, die im Belichtungsvorgang der vorliegenden Erfindung angewendet werden können, solange der Trockenfilmresist damit belichtet werden kann.
Außerdem kann der Trockenfilmresist mittels Projizieren eines bestimmten Wellenlängenbereichs des Lichts auf den Trockenfilmresist durch eine Maske oder ein diffraktives optisches Element belichtet werden. In diesem Fall muss der bestimmte Wellenlängenbereich des Lichts mit dem Wellenlängenbereich des Lichts, welchem der Trockenfilmresist ausgesetzt wird, übereinstimmen.
In den Bereich 40, von welchem der Trockenfilmresist 30 selektiv durch den Strukturierungsschritt zur Bildung der Strukturvorlage, wie oben beschrieben, entfernt wurde, wird das funktionale Material schließlich abgelagert, wodurch der Bereich gebildet wird, der als die Struktur 20 zurückbleiben wird (siehe 2d und 2e).
Unterdessen, wenn der fokussierbare Energiestrahl, wie etwa ein Laserstrahl, in dem Strukturierungsschritt zur Bildung der Strukturvorlage mittels selektiver Belichtung des Trockenfilmresists 30 und Entfernen des belichteten Bereiches durch ein Entwicklungsverfahren angewendet wird, kann ein Strahlformer (S), wie etwa eine Maske oder ein diffraktives optisches Element, selektiv angewendet werden, um die Form des Strahls auf eine für die Strukturierung vorteilhafte Weise zu kontrollieren.
Dabei umfasst die Verwendung des Strahlformers (S) zusätzlich zu der Verwendung einer Maske für großflächiges Strukturieren in der herkömmlichen Photolithographie die Verwendung einer Teilmaske, die sich in einem Strahlengang befindet, um die Form des fokussierbaren Energiestrahls 25, wie etwa eines Laserstrahls, zu kontrollieren. Außerdem schließt die Verwendung eines diffraktiven optischen Elements die Verwendung eines teilweise diffraktiven optischen Elements ein, das die gesamte Fläche eines zu strukturierenden Bereiches abdeckt oder das sich in einem Strahlengang befindet, um die Form des fokussierbaren Energiestrahls, wie etwa eines Laserstrahls, zu kontrollieren (siehe 3).
In dem Verfahren kann eine komplexe Struktur unter Verwendung des Strahlformers mit einer Maske und/oder einer diffraktiven optischen Vorrichtung zur Kontrolle der Form des Strahls gebildet werden, entweder durch maskenloses Laser-direct-writing, in dem ein fokussierbarer Energiestrahl, wie etwa ein Laserstrahl, direkt auf das Substrat ohne Verwendung einer Maske oder eines diffraktiven optischen Elements außer des Formstrahls gestrahlt wird oder durch maskenbasiertes Laser-Abtasten, bei welchem ein fokussierbarer Energiestrahl, wie etwa ein Laserstrahl, das Substrat abtastet, indem eine Maske oder ein diffraktives optisches Element gesondert vom Strahlformer verwendet wird. Zusätzlich zur Verwendung der Maske und/oder des diffraktiven optischen Elements für den Strahlformer umfasst die Anwendung der Maske auf das Substrat zusätzlich zur Verwendung einer großflächigen Maske, die eine großflächige Strukturierung erzielen kann wie in der bekannten Photolithographie, die Anwendung einer Maske auf einen Teil des Substrats. Zusätzlich zu der Verwendung der Maske und/oder des diffraktiven optischen Elements für den Strahlformer kann das diffraktive optische Element auf das Substrat, auf das gesamte Substrat oder auf einen Teil des Substrats, angewendet werden, wie bei der Anwendung der Maske auf das Substrat.
Um die Form des fokussierbaren Energiestrahls 25 mittels des Strahlformers S zu kontrollieren, ist das diffraktive optische Element der Maske vorzuziehen, jedoch ist die Erfindung nicht speziell darauf beschränkt.
Unterdessen kann in dem Strukturvorlage-Bildungsschritt (S3) der fokussierbare Energiestrahl auf die Rückseite des Substrats gestrahlt werden, jedoch nicht auf die obere Seite.
Die Strukturvorlage 40 wird durch Strukturierung des Trockenfilmresists entsprechend des oben beschriebenen Verfahrens gebildet. Das funktionale Material wird in die gebildete Strukturvorlage 40 abgelagert, wodurch die Struktur 20 gebildet wird (siehe S3).
Im Folgenden wird der Ablagerungsschritt (S4) zur Bildung der Struktur 20 beschrieben.
Das Verfahren zur Durchführung des Ablagerungsschritts ist nicht speziell beschränkt, solange es in der Technik herkömmlich verwendet wird. Beispielsweise kann das folgende Verfahren verwendet werden.
Beispiele für das Verfahren zur Ablagerung der Struktur 20, das in der vorliegenden Erfindung angewendet werden kann, schließen ein: ein Tintenstrahlverfahren des Sprühens und Ablagerns des funktionalen Materials; ein Siebdruckverfahren des Ablagerns der Struktur auf dem Substrat mittels einer Matrizenmaske (auch „Schablone” genannt) und einer Rakel; ein elektrostatisches Druckverfahren des Ablagerns der Struktur mittels eines funktionalen Materials mit elektrischen Ladungen; ein Offsetdruckverfahren des Platzierens des funktionalen Materials auf eine Gummimatte (genannt „Tuch”) und des Übertragens des funktionalen Materials von dem Tuch auf das Substrat; ein Tiefdruck des Herstellens einer Tiefdruck-Platte, Platzieren des funktionalen Materials auf das Tuch wie beim Offsetdruck, und dann indirektes Bedrucken des Substrats mittels des funktionalen Materials; ein Flexodruckverfahren (eine Art von Hochdruck), das ein flexibles Harz oder eine Kautschuk-Reliefplatte verwendet; ein Druckverfahren, das eine weiche Form verwendet; ein Rotationssiebdruckverfahren des Ablagerns des funktionalen Materials mittels eines Verfahrens, in welchem eine zu beschichtende Platte rotiert wird, während ein Polymer auf den Mittelpunkt der rotierenden Platte getropft wird, so dass das Polymer auf der gesamten Oberfläche der Platte auf Grund der Rotations-Zentrifugalkraft der Platte abgelagert wird; und ein Schlitzbeschichtungsverfahren des Ablagerns des funktionalen Materials mittels eines Schlitzbeschichters.
Ebenso ist es möglich, ein Tropfen-auf-Anforderung-Verfahren des Tintenaustrags auf gewünschte Bereiche zu verwenden. Beispiele für das Tropfen-auf-Anforderung-Verfahren schließen ein thermisches Verfahren, das eine thermische Heizung als Antriebsquelle für den Tintenaustrag verwendet, und ein piezoelektrisches Verfahren des Herausdrückens von Tinte mittels eines durch ein Piezoelement erzeugten Drucks ein.
Zusätzlich ist es ebenso möglich, ein kontinuierliches Tintenstrahlverfahren des Ablagerns des funktionalen Materials zu verwenden, in welchem ständig Tinte ausgetragen wird und in welchem die Richtung der Tinte zur gewünschten Zeit geändert wird.
Außerdem kann der Ablagerungsschritt (S4) mittels Ablagerung des funktionalen Materials direkt auf das Substrat mittels digitalisierter Daten durch ein Lasertransferverfahren wie MAPLE DW oder Laser-induzierte thermische Bilderzeugung durchgeführt werden. Der hier verwendete Begriff „Lasertransferverfahren” bezieht sich auf eine Technik des Bildens einer bandförmigen Struktur auf dem Substrat, indem auf Transferpapier ein zu übertragender Film gefertigt wird, ein Bereich des zu übertragenden Films mit einem Laserstrahl belichtet wird zur Erzeugung eines Bildes, der bildtragende Film auf das Substrat übertragen und der Film vom Substrat abgelöst wird.
Des Weiteren kann der Ablagerungsschritt (S4) außerdem mittels Ablagerung eines Fluidstroms, der gesprüht (zerstäubt) oder durch eine Düse vaporisiert wird, auf das Substrat 10 mittels digitalisierter Daten durchgeführt werden.
Während das oben beschriebene erfindungsgemäße Verfahren eine Belichtung des Trockenfilmresists 30 und eine Entwicklung desselben, um die Strukturvorlage 40 zu bilden, und dann eine Ablagerung des funktionalen Materials in die Strukturvorlage 40 mittels eines Tintenstrahlverfahrens, um die Struktur 20 zu bilden, umfasst, ist es ebenso möglich, das funktionale Material M mittels einer Kombination des funktionalen Materials mit einem der folgenden von Wärme, Plasma und Laser- und Ionenstrahlen abzulagern.
Unterdessen kann der Ablagerungsschritt (S4) außerdem mittels eines Tauchbeschichtungsverfahrens durchgeführt werden. Im Speziellen ist es auch möglich, die Struktur mittels stromlosen Plattierens durch Ablagerung eines Keimmaterials zum stromlosen Plattieren in die Strukturvorlage 40 und dann Eintauchen des Substrats in eine chemische Reaktionslösung zu bilden.
Der Ablagerungsschritt (S4) kann ebenso mittels Ablagerung des funktionalen Materials auf das Substrat 10 unter Verwendung eines Chemischen Gasphasenabscheidungsverfahrens (CVD) durchgeführt werden.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise ein Tintenstrahlverfahren, das ein direktes Strukturierungsverfahren ist, zur Ablagerung des teuren funktionalen Materials verwendet, jedoch können auch andere Verfahren angewendet werden, solange diese nicht den Zweck der vorliegenden Erfindung beschränken.
Unterdessen ist es bevorzugt, die Ablagerungseffizienz mittels Erwärmen des Substrats 10 mit dem darauf gebildeten Trockenfilmresist 30 während des Ablagerungsschritts (S4) zu erhöhen.
Nach der Ablagerung des flüssigen funktionalen Materials M wird ein Trocknungsschritt durchgeführt. Falls nötig, kann überflüssiges funktonales Material, das auf dem Trockenfilmresist zurückbleibt, ebenfalls mit beispielsweise einer Klinge, einem Kratzer oder einem Wischer nach dem Trocknungsschritt abgewaschen werden.
Nach dem Ablagerungsschritt (S4) und dem Trocknungsschritt zeigt das funktionale Material, das beispielsweise aus Silber-Nanopartikeln hergestellt ist, manchmal einen erhöhten Widerstand, da die Partikel lose miteinander verbunden sind. In diesem Fall ist es bevorzugt, die Wärmebehandlung bei 100°C oder höher durchzuführen, um die Partikel des funktionalen Materials fest aneinander zu binden, wodurch die elektrischen Eigenschaften verbessert werden.
Außerdem umfasst das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise nach dem Ablagerungsschritt (S4) einen Schritt des Induzierens der photochemischen Reaktion (z. B. des Photohärtens) im funktionalen Material. Anders ausgedrückt kann das erfindungsgemäße Verfahren des Weiteren einen Schritt der Veränderung der physikalischen und chemischen Eigenschaften des funktionalen Materials durch Härten des funktionalen Materials mittels eines üblichen UV-Härtungsgeräts oder Induzierens der Härtung des funktionalen Materials mittels eines Elektronenstrahls umfassen.
Außerdem kann das erfindungsgemäße Verfahren nach dem Ablagerungsschritt (S4) einen Schritt des Induzierens einer chemischen Reaktion im funktionalen Material M durch chemische Behandlung umfassen. Wenn beispielsweise eine kolloidale stromlose Plattierungslösung, enthaltend Palladium, in die Strukturvorlage 40 mittels eines Tintenstrahls appliziert wird und eine Lösung, die Metallionen und ein Reduktionsmittel, wie etwa Formaldehyd oder Hydrazin enthält, mittels eines Tintenstrahls darauf appliziert wird in einem Zustand, in welchem der Trockenfilmresist 30 entfernt oder nicht entfernt ist, tritt eine Reduktionsreaktion auf Grund des strukturierten Katalysators ein, wodurch eine Metallstruktur gebildet wird.
Zusätzlich zu der Reduktionsreaktion, wie oben beschrieben, ist es außerdem möglich, eine Verdrängungsreaktion zu verwenden, wie beim Verdrängungsplattieren, die den Unterschied in der Oxidations-/Reduktionskraft ausnutzt. Außerdem kann eine chemische Reaktion angewendet werden, in welcher ein Metallvorläufer zum gewünschten Metall reduziert wird, indem zuerst der Metall-Vorläufer in die Strukturvorlage 40 mittels eines Tintenstrahls appliziert wird und dann das Substrat in eine katalysatorhaltige reduzierende Lösung eingetaucht wird oder die reduzierende Lösung selektiv auf die Struktur appliziert wird.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obigen Beispiele beschränkt und kann als Beispiel das Bestrahlen des Trockenfilmresists mit ausreichender Dicke mit einem fokussierbaren Energiestrahl, wie etwa einem Laserstrahl, und Entwicklung des belichteten Bereichs zur Bildung der Strukturvorlage umfassen sowie die Verwendung der Strukturvorlage als Ort einer chemischen Reaktion für das funktionale Material, das schließlich strukturiert wird, solange das Beispiel nicht den Zweck der vorliegenden Erfindung behindert.
Unterdessen kann nach dem Ablagerungsschritt (S4) das funktionale Material ebenso einem Phasenwechsel von einer flüssigen Phase zu einer festen Phase unterworfen werden.
Anders ausgedrückt, nachdem das funktionale Material, das beispielsweise aus einer Flüssig-Metallmischung oder -verbindung gebildet ist, in die Strukturvorlage gesprüht worden ist, kann dieses in eine feste Phase wechseln.
Außerdem wird, nachdem das funktionale Material M abgelagert ist, die Struktur 20 vorzugsweise mit einem Laser- oder Plasmastrahl zur Verbesserung der Eigenschaften derselben bestrahlt.
Nachdem der oben beschriebene Ablagerungsschritt (S4) durchgeführt ist, wird schließlich Schritt (S5) durchgeführt, in welchem der Trockenfilmresist 30, der auf anderen Bereichen als dem der Struktur zurückgeblieben ist, entfernt wird, so dass überflüssiges funktionales Material, das auf dem Trockenfilmresist 30 zurückgeblieben ist, ebenso entfernt wird, wodurch nur die aus dem funktionalen Material gebildete Struktur 20 zurückbleibt.
Die Entfernung des Trockenfilmresists 30 kann mittels eines Verfahrens, ausgewählt aus den folgenden Verfahren durchgeführt werden: ein Verfahren, das ein Lösungsmittel oder eine Lösung des selektiven Auflösens nur des Trockenfilmresists 30 verwendet; ein Verfahren des selektiven Entfernens des Trockenfilmresists 30 mittels des Bestrahlens des Resists mit einem fokussierbaren Energiestrahl (wie etwa einem Laserstrahl) mit hoher Empfindlichkeit für den Resist und dann des Entwickelns des belichteten Bereichs; ein Verfahren, umfassend ein Bestrahlen mit einem fokussierbaren Energiestrahl auf die gesamte Oberfläche des Trockenfilmresists gefolgt von einem Entwickeln; ein Verfahren zum selektiven Entfernen des Trockenfilmresists mittels des Bestrahlens des Trockenfilmresists mit einem bestimmten Wellenlängenbereich des Lichts, gegenüber welchem der Resist hochempfindlich ist, durch eine Maske oder ein diffraktives optisches Element und dann Entwickeln des belichteten Bereiches; ein Verfahren, umfassend ein Bestrahlen der gesamten Oberfläche des Trockenfilmresists mit einem bestimmten Wellenlängenbereich des Lichts mit hoher Empfindlichkeit gegenüber dem Resist und dann Entwickeln des belichteten Bereichs; ein Verfahren zur Förderung des Entfernens des Trockenfilmresists mittels Erwärmen; und ein Trockenätzverfahren wie etwa Raumtemperaturplasma-, reaktives Ionenätzen oder UV/O₃.
Außerdem kann die Entfernung des Trockenfilmresists oder des funktionalen Materials, das auf dem Trockenfilmresist abgelagert ist, mittels eines Verfahrens des Bestrahlens mit einem Energiestrahl mit einem Durchmesser größer als der des zur Strukturierung verwendeten fokussierbaren Energiestrahls (d. h. die Bildung der Strukturvorlage 40) durchgeführt werden, wobei dieses Entfernverfahren nun in weiterem Detail beschrieben wird.
Speziell, mit der Maßgabe, dass das Material des Trockenfilmresists empfindlich ist gegenüber einer Energiedichte von 20 mJ/cm² oder direkt mittels eines Laserstrahls mit einer Energiedichte von 50 mJ/cm² entfernt werden kann und dass das funktionale Material mittels eines Laserstrahls mit einer Energiedichte von 200 mJ/cm² entfernt wird, wenn ein Laserstrahl auf einen Durchmesser von beispielsweise etwa 5 μm fokussiert wird, beträgt die Energiedichte davon 100 mJ/cm². Bei Verwendung dieses Energiestrahls wird der Trockenfilmresist direkt entfernt, um eine Strukturvorlage 40 mit einer Breite von etwa 5 μm zu bilden. Alternativ wird der Trockenfilmresist auf eine verminderte Energiedichte von 20–50 mJ/cm² sensibilisiert und dann der belichtete Bereich 35 mittels eines Entwicklungsverfahrens entfernt, wodurch eine Strukturvorlage mit einer Breite von etwa 5 μm entsteht. Das funktionale Material wird in die gebildete Strukturvorlage eingebracht und dann getrocknet. Wenn der Durchmesser des Laserstrahls auf mehr als 5 μm vergrößert wird, um den zurückgebliebenen Trockenfilmresist zu entfernen, wird die Energiedichte davon auf weniger als 200 mJ/cm² vermindert, so dass der Trockenfilmresist entfernt werden kann, jedoch das funktionale Material nicht entfernt wird. Mit der Entfernung des Trockenfilmresists kann das darauf abgelagerte funktionale Material ebenso entfernt werden.
Anders ausgedrückt, wenn ein Energiestrahl mit einem Durchmesser größer als der Durchmesser des zur Bildung der Strukturvorlage verwendeten Energiestrahls gestrahlt wird, werden der Trockenfilmresist 30 und das darauf abgelagerte funktionale Material bei einer Leistungsdichte und Energiedichte größer als sie für die Entfernung des Trockenfilmresists 30, aber kleiner, als sie zur Entfernung des funktionalen Materials M erforderlich ist, entfernt.
Wenn der zu entfernende Trockenfilmresist 30 ein positiv lichtempfindliches Harz ist, kann er mittels eines Energiestrahls, welcher der gleiche ist wie oder verschieden ist von dem Energiestrahl, der für die Strukturierung des Trockenfilmresists 30 verwendet wurde, entfernt werden. Ebenso kann der Trockenfilmresist 30 mittels Belichten des Trockenfilmresists mit einem bestimmten Wellenlängenbereich des Lichts, der zur Photosensibilisierung des Resists und Entwickelung des belichteten Bereiches geeignet ist, entfernt werden. In diesem Fall kann der Energiestrahl ebenso durch eine Maske oder ein diffraktives optisches Element projiziert werden.
Allerdings muss der Trockenfilmresist 30 nicht notwendigerweise entfernt werden, und kann, falls nötig, andere inhärente Funktionalitäten aufweisen. Wenn beispielsweise eine Passivierungs- oder Isolierschicht, die den Schutzfilm bedeckt, erforderlich ist, kann der Trockenfilmresist 30 oder zumindest eine Schicht aus der Mehrzahl der den Trockenfilmresist bildenden Schichten ein Material sein, das diesem Zweck dient. In diesem Fall muss der Trockenfilmresist nicht entfernt werden.
Der Trockenfilmresist 30 vom negativen Typ ist für diesen Fall besonders geeignet.
Nach der Entfernung des Trockenfilmresists kann außerdem eine thermische/chemische Behandlung durchgeführt werden, um die Eigenschaften des strukturierten funktionalen Materials zu verbessern.
Wie aus dem Vorhergegangenen ersehen werden kann, kann entsprechend des Strukturbildungsverfahrens der vorliegenden Erfindung die hochaufgelöste Struktur in einer einfachen Weise ohne Verschwendung des funktionalen Materials gebildet werden. Außerdem ermöglicht es das Substrat mit der darauf gebildeten freien Struktur entsprechend der vorliegenden Erfindung, die hochaufgelöste Struktur mittels Bestrahlen des Trockenfilmresists mit einem fokussierbaren Energiestrahl, der geeigneter Weise ausgewählt ist in Abhängigkeit von der Art des Materials des Trockenfilmresists, der auf dem Substrat abgelagert ist, um einen mit dem funktionalen Material (d. h. Tinte) zu füllenden Bereich zu schützen und dann das funktionale Material in den Bereich zu füllen, effektiv herzustellen.
Wie oben beschrieben, ermöglicht es das Substrat mit der darauf gebildeten freien Struktur entsprechend der vorliegenden Erfindung, eine hochaufgelöste Struktur ohne Verschwendung des funktionalen Materials zu erhalten, wodurch die Produktionskosten des Substrats gesenkt werden. Außerdem kann entsprechend der vorliegenden Erfindung eine Struktur mit einem hohen Aspektverhältnis, das mit dem bekannten Verfahren schwierig zu erhalten ist, mittels Füllens des funktionalen Films unter Verwendung der Dicke des aufzubringenden Trockenfilmresists realisiert werden. Zusätzlich kann entsprechend des Verfahrens zur Bildung der Struktur mittels des Substrats mit der darauf gebildeten freien Struktur die hochaufgelöste Struktur mit hoher Verfahrenseffizienz hergestellt werden.
Obwohl die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu Darstellungszwecken beschrieben worden ist, werden Fachleute erkennen, dass verschiedene Abänderungen, Hinzufügungen und Ersetzungen möglich sind, ohne von dem Umfang oder dem Sinn der Erfindung, wie in den anhängenden Ansprüchen offenbart, abzuweichen.

Claims

Verfahren zur Bildung einer hochaufgelösten Struktur (20) mit einer gewünschten Dicke und einem hohen Aspektverhältnis mittels eines Trockenfilmresists (30) durch selektives Entfernen des auf einem Substrat (10) aufgebrachten Trockenfilmresists (30) mittels Belichten und Ablagern eines funktionalen Materials (M) in einen Bereich, von welchem der Trockenfilmresist (30) entfernt wurde, wobei das Verfahren umfasst: einen Schutzschicht-Bildungsschritt (S0) des Bildens einer Schutzschicht zum Schutz des Substrats (10) oder der Struktur (20), die auf dem Substrat (10) gebildet ist, vor Kontaminationen, die vor, während oder nach der Verarbeitung auftreten; einen Trockenfilmresist-Aufbringschritt (S1) des Aufbringens eines Trockenfilmresists (30) mit einer Dicke von 100 × β/α (μm) oder mehr auf das Substrat (10) mittels eines Laminators, mit der Maßgabe, dass der Volumenanteil des funktionalen Materials (M), der letztendlich als ein Film zurückbleiben wird, α (Vol.-%) ist und dass eine erforderliche Dicke einer Struktur (20) β (μm) ist, wobei der Trockenfilmresist (30) aus einer Mehrzahl von Schichten zusammengesetzt ist, die enthalten können: – einer Schutzschicht zum Schutz des Substrats (10) oder der Struktur (20), die auf dem Substrat (10) gebildet ist, vor Kontaminationen, die vor, während oder nach der Verarbeitung auftreten; – einer lichtempfindlichen Schicht, die empfindlich gegenüber einem fokussierbaren Energiestrahl ist, wobei diese lichtempfindliche Schicht aus einem lichtempfindlichen Material gebildet ist; – einer Lichtabschirmschicht zur Abschirmung des fokussierbaren Energiestrahls, um das Substrat (10) oder die Struktur (20), die auf dem Substrat (10) gebildet ist, zu schützen; – einer Haftschicht zur Erhöhung der Haftung des Trockenfilmresists (30) am Substrat (10); und – einem untersten entfernbaren Film zum Schutz der Haftschicht, der davor schützt, dass Fremdstoffe an die Haftschicht anheften oder angelagert werden; einen Belichtungsschritt (S2) des Belichtens des aufgebrachten Trockenfilmresists (30) mittels Bestrahlen des Trockenfilmresists mit einem fokussierbaren Energiestrahl, um den Trockenfilmresist (30) zu einer gewünschten Form zu strukturieren; einen Strukturvorlage-Bildungsschritt (S3) um eine Strukturvorlage (40) zu bilden, durch Entfernen des belichteten Trockenfilmresists (30) mittels eines Entwicklungsvorgangs, falls das lichtempfindliche Material der lichtempfindlichen Schicht aus einem positiv lichtempfindlichen Harz gebildet ist, oder durch Entfernen des unbelichteten Bereichs des Trockenfilmresists (30) mittels eines Entwicklungsvorgangs, falls das lichtempfindliche Material der lichtempfindlichen Schicht aus einem negativ lichtempfindlichen Harz gebildet ist; und einen Ablagerungsschritt (S4) des Ablagerns eines funktionalen Materials in die Strukturvorlage (40), um die Struktur (20) zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner nach dem Schritt (S4) einen Schritt (S5) des Entfernens des auf anderen Bereichen als dem Strukturbereich verbleibenden Trockenfilmresists (30) umfasst, so dass überflüssiges, auf dem Trockenfilmresist (30) verbleibendes funktionales Material (M) ebenso entfernt wird, wodurch nur die aus dem funktionalen Material (M) gefertigte Struktur (20) zurückbleibt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schutzschicht, die Lichtabschirmschicht oder die Haftschicht individuell abgelagert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Trockenfilmresist (30) weiterhin einen obersten entfernbaren Film umfasst, zum Schutz des Substrats (10) während der Lagerung.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei auf der unteren Oberfläche des obersten entfernbaren Films ein Oberflächen-modifizierendes Netzmittel aufgetragen ist, welches zur Kontrolle der Oberflächen-Benetzbarkeit mit dem funktionalen Material (M) dient, nachdem der oberste entfernbare Film entfernt worden ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei, nachdem der oberste entfernbare Film des Trockenfilmresists (30) entfernt worden ist, die Oberfläche des Trockenfilmresists (30) mittels eines Trockenbehandlungsverfahrens behandelt wird, insbesondere mittels Raumtemperaturplasma- oder Coronaverfahren.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Schritt (S3) des Bildens der Strukturvorlage (40) der fokussierbare Energiestrahl direkt auf das Substrat (10) gestrahlt wird, indem der fokussierbare Energiestrahl mittels digitalisierter Daten auf Strahlausgangsleistung, Größe, Abtastrate und Strukturierung kontrolliert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Strukturvorlage-Bildungsschritt (S3) mittels eines Laser-direkt-imaging-Verfahrens durchgeführt wird, wobei die Wellenlänge des Laserstrahls, der in diesem Fall als fokussierbarer Energiestrahl verwendet wird, mit dem Wellenlängenbereich des Lichts übereinstimmt, für welchen der Trockenfilmresist (30) sensibilisiert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Strukturvorlage-Bildungsschritt (S3) die Strukturierung des Trockenfilmresists (30) mittels eines Elektronenstrahls (E-Strahls) oder eines fokussierbaren Ionenstrahls als fokussierbaren Energiestrahl durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Schritt (S3) des Bildens einer Strukturvorlage (40) eine Maske oder ein diffraktives optisches Element auf das Substrat (10) angewendet wird, um das Bestrahlungsmuster des fokussierbaren Energiestrahls zu kontrollieren.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Schritt (S3) des Bildens einer Strukturvorlage (40) der fokussierbare Energiestrahl auf eine Rückseite des Substrats (10) gestrahlt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Ablagerungsschritt (S4) mittels eines Tropfen-auf-Anforderung-Verfahrens durchgeführt wird zur Ablagerung des funktionalen Materials (M) direkt auf das Substrat (10) mittels digitalisierter Daten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Ablagerungsschritt (S4) mittels eines kontinuierlichen Tintenstrahlverfahrens durchgeführt wird zur Ablagerung des funktionalen Materials (M) direkt auf das Substrat (10) mittels digitalisierter Daten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Ablagerungsschritt (S4) mittels eines elektrostatischen Ablagerungs- oder Elektrospray-Verfahrens durchgeführt wird zum Ablagerung des funktionalen Materials (M) direkt auf das Substrat (10) mittels digitalisierter Daten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Ablagerungsschritt (S4) mittels Ablagerung eines Fluidstroms durchgeführt wird, welcher durch eine Düse zerstäubt oder gesprüht wird direkt auf das Substrat (10) mittels digitalisierter Daten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Ablagerungsschritt (S4) mittels eines Laser-Transfer-Verfahrens durchgeführt wird zur Ablagerung des funktionalen Materials (M) direkt auf das Substrat (10) mittels digitalisierter Daten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Ablagerungsschritt (S4) durchgeführt wird mittels zumindest einem ausgewählt unter einem Siebdruckverfahren, einem Rotationssiebdruckverfahren, einem Offsetdruckverfahren, einem Tiefdruckverfahren, einem Tampondruckverfahren, einem Flexodruckverfahren, einem Hochdruckverfahren und einem Druckverfahren, welches eine weiche Form verwendet, sowie Kombinationen davon.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Ablagerungsschritt (S4) durchgeführt wird mittels zumindest einem ausgewählt unter einem Rotationsbeschichtungsverfahren, einem Schlitzbeschichtungsverfahren, einem Tauchbeschichtungsverfahren und Kombinationen davon.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Ablagerungsschritt (S4) mittels Eintauchen des Substrats (10) mit dem darauf gebildeten Trockenfilmresist (30) in eine Lösung durchgeführt wird, um eine chemische Reaktion zu induzieren.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Ablagerungsschritt (S4) ausgeführt wird mittels Unterwerfen des Substrats (10) einschließlich des Trockenfilmresists (30) einer Dampfphasenablagerung oder einer chemischen Reaktion.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Ablagerungsschritt (S4) das Substrat (10) mit dem darauf gebildeten Trockenfilmresist (30) erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner einen Trocknungsschritt nach dem Ablagerungsschritt (S4) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner nach dem Ablagerungsschritt (S4) einen Schritt umfasst, bei welchem in dem funktionalen Material entweder eine photochemische Reaktion, insbesondere Lichthärtung, induziert wird oder die Härtung mittels eines Elektronenstrahls induziert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner nach dem Ablagerungsschritt (S4) einen Schritt der Induktion der chemischen Reaktion des funktionalen Materials (M) durch chemische Behandlung umfasst, insbesondere eine Reduktionsreaktion oder eine Verdrängungsreaktion.
Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner nach dem Ablagerungsschritt (S4) einen Schritt der Phasenwechsels des funktionalen Materials (M) von einer flüssigen Phase zu einer festen Phase umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner nach dem Ablagerungsschritt (S4) einen Kalzinierschritt mit Erwärmen des funktionalen Materials (M) oberhalb von 100°C umfasst, um die Eigenschaften des funktionalen Materials (M) zu verbessern.
Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner nach dem Ablagerungsschritt (S4) einen Schritt des Bestrahlens der Struktur (10) mit einem Laser- oder Plasmastrahl umfasst, um die Eigenschaften des funktionalen Materials (M) zu verbessern.
Verfahren nach Anspruch 2, welches ferner nach dem Ablagerungsschritt (S4), jedoch vor dem Trockenfilmresist-Entfernungsschritt (S5), einen Schritt des Entfernens von überflüssigem funktionalem Material (M) umfasst, das auf dem Trockenfilmresist (30) verbleibt, mittels einer Klinge, eines Kratzers oder eines Wischers.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Entfernung des Trockenfilmresists (30) mittels Entfernen des Trockenfilmresists (30) mittels eines Lösungsmittels oder einer Lösung zur Auflösung des Trockenfilmresists (30) durchgeführt wird, wobei zur gleichen Zeit das auf dem Trockenfilmresist (30) abgelagerte funktionale Material (M) entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei bei der Entfernung des Trockenfilmresists (30) und des auf dem Trockenfilmresist (30) abgelagerten funktionalen Materials (M) ein Erwärmen durchgeführt wird, um die Entfernung des Trockenfilmresists (30) zu fördern.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Entfernung des Trockenfilmresists (30) und des auf dem Trockenfilmresist (30) abgelagerten funktionalen Materials (M) durchgeführt wird durch selektives Entfernen allein des Trockenfilmresists (30) mittels Bestrahlen des Substrats (10) mit einem fokussierbaren Energiestrahl mit einem Durchmesser größer als der des Energiestrahls, welcher zur Strukturierung des Trockenfilmresists (30) verwendet wird, wobei die Leistungsdichte und Energiedichte des zur Entfernung des Trockenfilmresists (30) erforderlichen Strahls geringer sind als jene des Strahls, welcher zur Entfernung des funktionalen Materials (M) erforderlich ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Entfernung des Trockenfilmresists (30) mittels eines Trockenätzverfahrens durchgeführt wird, ausgewählt unter Raumtemperaturplasmaätzen, reaktiven Ionenätzen und einem UV/Ozon-Verfahren.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei, falls der zu entfernende Trockenfilmresist (30) ein positiv lichtempfindliches Harz ist, dieses durch Belichten des Trockenfilmresists (30) mittels eines Energiestrahls entfernt wird, welcher der gleiche ist wie oder verschieden ist von dem fokussierbaren Energiestrahl, der für die Photosensibilisierung des Trockenfilmresists (30) geeignet ist, und dann der belichtete Bereich entwickelt wird.
Verfahren nach Anspruch 33 wobei der Trockenfilmresist (30) entfernt wird durch Belichten des Trockenfilmresists (30) mittels Projizieren des fokussierbaren Energiestrahls auf den Trockenfilmresist (30) durch eine Maske oder ein diffraktives optisches Element, und dann der belichtete Bereich entwickelt wird.