JP2010522358A - Ito電子ビームレジストの合成方法及びこれを利用したitoパターンの形成方法 - Google Patents

Ito電子ビームレジストの合成方法及びこれを利用したitoパターンの形成方法 Download PDF

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Abstract

ITO電子ビームレジストの合成方法が提供される。このITO電子ビームレジストの合成方法は、塩化インジウム四水和物と塩化スズ二水和物とを2−エトキシエタノールに溶解させて合成する。また、ITOパターンの形成方法が提供される。このITOパターンの形成方法は、ITO電子ビームレジストを合成する段階と、基板上に合成されたITO電子ビームレジストをコーティングし、ITO電子ビームレジスト膜を形成する段階と、ITO電子ビームレジスト膜を、電子ビーム描画装置を利用してパターニングし、ITO電子ビームレジストパターンを形成する段階と、ITO電子ビームレジストパターンを熱処理し、ITOパターンを形成する段階とを含む。

Description

本願は、韓国特許庁に2007年3月19日付けで出願した韓国特許出願番号10−2007−0026774を優先権主張の基礎とし、この韓国特許出願番号10−2007−0026774の開示内容を参照して、そのすべてを本願の一部として取り込む。本発明はインジウムスズ酸化物電子ビームレジストの合成方法及びこれを利用したインジウムスズ酸化物パターンの形成方法に関する。本発明は、韓国情報通信部(MIC)及び韓国情報通信研究振興院(IITA)のIT新成長動力核心技術開発事業の一環として行われた研究の成果である[課題管理番号:2005−S−605−02、課題名:次世代光電子素子及びスマート生化学センサのためのIT−BT−NTの集中的基幹技術]。
液晶ディスプレイ素子、プラズマディスプレイ素子、電界放出ディスプレイ素子、有機電子発光ディスプレイ素子のような平板ディスプレイ素子、太陽電池及び透明熱線で透明電極が要求されている。この透明電極材料としてスズ酸化物(SnO)及び亜鉛酸化物(ZnO)が使われているが、最も代表的な材料としては、インジウムスズ酸化物(ITO)が使われている。ITOが透明電極材料として幅広く使われる理由は、可視光線領域で光透過率が高く、電気伝導度が比較的高いためである。
ITO薄膜は、スプレイ化学的気相堆積(CVD)法、ゾルゲル法、熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、直接電流メッキ法、高周波スパッタリング法及び反応性DCスパッタリング法などを利用して形成する。そして、ITO薄膜は、所定の形状にパターニングされることによって、透明電極として利用される。
図1ないし図3は、従来のエッチング工程を用いたITO薄膜のパターニング法について説明するための断面図である。
図1に示すように、前述した種々の方法で基板10上にITO薄膜12を形成できる。ITO薄膜12上に、フォトレジスト膜14を塗布する。フォトレジスト膜14上に、フォトマスク20を接触させる。フォトマスク20は、マスク基板16上に所望の形状の微細パターン18が形成されている。フォトマスク20が接触している状態で、露光装置(図示せず)を利用し、紫外線22によってフォトレジスト膜14を選択的に露光する。
図2及び図3に示すように、露光されたフォトレジスト膜14を現像し、所望の形状のフォトレジストパターン14aを形成する。フォトレジストパターン14aをエッチングマスクとして、湿式エッチング法、乾式エッチング法、またはレーザ照射によるエッチング法でITO薄膜12をエッチングし、ITOパターン12aを形成する。次に、フォトレジストパターン14aを除去することによって、ITO薄膜のパターニングを完成する。
ところで、従来のITO薄膜のパターニング法は、エッチング工程として、湿式エッチング法、乾式エッチング法またはレーザ照射によるエッチング法を使用する。湿式エッチング法は、工程が単純であり、スループットが高いという長所があるが、フォトレジストパターンとITO薄膜との相互間の接着力が弱くなるため、エッチング工程中に、フォトレジストパターンの剥離現象が発生し、剥離されたフォトレジストパターンが、エッチング槽を汚染させる短所がある。さらに、湿式エッチング法は、等方的エッチング現象によって、ナノスケールの微細パターン形成が容易ではない。
乾式エッチング法は、5μm以下の微細パターン形成も可能であるが、スループットが低く、エッチング工程中に、フォトレジストの再堆積のような問題点がある。レーザ照射によるエッチング法は、1μmほどの微細パターンを形成させることができるが、ITOパターンが、単純マトリックス方式のストライプ形状である場合に対してのみ効果的であるという短所がある。
図4ないし図6は、従来のリフトオフ工程を用いたITO薄膜のパターニング法について説明するための断面図である。
図4に示すように、基板30上に、フォトレジスト膜32を塗布する。フォトレジスト膜32上に、フォトマスク38を接触させる。フォトマスク38は、マスク基板34上に所望の形状の微細パターン36が形成されている。フォトマスク20が接触している状態で、露光装置(図示せず)を利用し、紫外線40によってフォトレジスト膜32を選択的に露光する。
図5及び図6に示すように、露光されたフォトレジスト膜32を現像し、所望の形状のフォトレジストパターン32aを形成する。フォトレジストパターン32aが形成された基板の全面に、ITO薄膜42を前述のような種々の方法で形成する。次に、リフトオフ工程を利用し、フォトレジストパターン32aとその上に形成されたITO薄膜42とを除去し、ITOパターン42aを形成する。
ところで、図4ないし図6のITOパターンの形成方法は、エッチング工程が排除される長所があるが、ITO薄膜形成まで、比較的多数の工程が必要であるという短所がある。また、図4ないし図6のITOパターンの形成方法は、1μm以下のITOパターンを形成するのに、やはり限界がある。
従って、本発明がなそうとする技術的課題は、前述の問題点を解決するために創案されたものであり、ITOパターン形成に用いることができるITO電子ビームレジストの合成方法を提供するところにある。
また、本発明の他の技術的課題はITO電子ビームレジストを利用し、ITOパターンの形成方法を提供するところにある。
上記の技術的課題を達成するために、本発明のITO電子ビームレジストの合成方法は、塩化インジウム四水和物と塩化スズ二水和物とを用意することを含む。塩化インジウム四水和物と塩化スズ二水和物とを2−エトキシエタノールに溶解させ、ITO電子ビームレジストを合成する。
上記の他の技術的課題を達成するために、本発明のITOパターンの形成方法は、ITO電子ビームレジストを合成し、基板上に合成されたITO電子ビームレジストをコーティングし、ITO電子ビームレジスト膜を形成することを含む。ITO電子ビームレジスト膜を電子ビーム描画装置を利用してパターニングし、ITO電子ビームレジストパターンを形成する。ITO電子ビームレジストパターンを熱処理し、ITOパターンを形成する。ITO電子ビームレジストパターンは、ITO電子ビームレジスト膜の表面を、電子ビーム描画装置を利用して一定のパターン形状をなすように電子ビームで露光し、電子ビームで露光されたITOレジスト膜を現像して得られる。
以上のように本発明はITO電子ビームレジストの合成法を介してITO電子ビームレジストを得ることができる。また、本発明は、合成されたITO電子ビームレジストを利用してITO電子ビームレジスト膜を形成し、直ちに電子ビーム描画装置でパターンを形成し、単純工程でITOパターンを形成できる。
本発明のITO電子ビームレジストの合成法によれば、ITO電子ビームレジストを得ることができる。
本発明のITOパターンの形成方法によれば、エッチング工程やリフトオフ工程を使用せずに、ITO電子ビームレジスト膜に直ちに電子ビーム描画装置でパターンを形成し、単純工程でITOパターンを形成できる。本発明のITOパターンの形成方法によれば、電子ビーム描画装置の解像度によって、数nmクラスのパターンまで多様な形状のパターン形成が可能である。
本発明のITOパターンの形成方法によれば、エッチング工程やリフトオフ工程で引き起こされる従来技術の問題点、例えば、フォトレジスト膜とITO薄膜との相互間の接着力の問題、フォトレジストの再堆積の問題、1μm以下のパターンを実現するために生じる問題などを解決できる。
本発明によるITO電子ビームレジストを利用して形成されたITO薄膜やITOパターンは、光学的特性として、可視光線領域で高い光透過率を有し、電気的特性として非常に低い抵抗率を有する。
従来のエッチング工程を用いたITO薄膜のパターニング法について説明するための断面図である。 従来のエッチング工程を用いたITO薄膜のパターニング法について説明するための断面図である。 従来のエッチング工程を用いたITO薄膜のパターニング法について説明するための断面図である。 従来のリフトオフ工程を用いたITO薄膜のパターニング法について説明するための断面図である。 従来のリフトオフ工程を用いたITO薄膜のパターニング法について説明するための断面図である。 従来のリフトオフ工程を用いたITO薄膜のパターニング法について説明するための断面図である。 本発明の実施例に係るITO電子ビームレジストの合成方法について説明するためのフローチャートである。 本発明の実施例に係るITOパターンの形成方法について説明するためのフローチャートである。 本発明の実施例に係るITOパターンの形成方法を説明するための断面図である。 本発明の実施例に係るITOパターンの形成方法を説明するための断面図である。 本発明の実施例に係るITOパターンの形成方法を説明するための断面図である。 本発明の実施例の方法によって製造されたITO薄膜のX線回折結果を図示したグラフである。 本発明の実施例の方法によって製造されたITO薄膜厚をパラメータとして、光透過率の測定結果を波長の関数として示すグラフである。 本発明の方法によって製造されたITO薄膜と従来の方法によるITO薄膜との光透過率の測定結果を波長の関数として示すグラフである。 本発明の実施例の方法によって製造されたITO薄膜の熱処理温度による抵抗率の変化を図示したグラフである。 本発明の実施例の方法によって製造されたITOパターンを電子顕微鏡で観察された像を示す図面である。
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の望ましい実施例について詳細に説明する。しかし、次に例示する本発明の実施例は、さまざまな他の形態に変形でき、本発明の範囲が次に述べる実施例に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で実現されうる。本発明の実施例は、当業界で当業者に本発明をさらに完全に説明するために提供されるものである。図面で膜または領域のサイズまたは厚さは、明細書の明確性のために誇張されている。
前述のように、ITOパターン形成時に発生する従来の問題点を解決するために、本発明は、フォトレジスト膜を利用せずに、電子ビームに反応するITO電子ビームレジスト膜を利用する。まず、ITO電子ビームレジストの合成方法について説明する。
図7は、本発明によるITO電子ビームレジストの合成方法について説明するためのフローチャートである。
具体的に、塩化インジウム四水和物と塩化スズ二水和物とを用意する(ステップ100)。
次に、前記塩化インジウム四水和物と塩化スズ二水和物とを2−エトキシエタノールに溶解させ、ITO電子ビームレジストを合成する(ステップ120)。塩化インジウム四水和物と塩化スズ二水和物とを2−エトキシエタノールに溶解させた混合物は、塩化インジウム四水和物と塩化スズ二水和物とのモル比を9:1とすることが望ましい。
塩化インジウム四水和物と塩化スズ二水和物とを2−エトキシエタノールに溶解させるとき、2−エトキシエタノールは、前述の混合物をゾル状態にするためのものであり、適切な量が使われ、均質のITO電子ビームレジストの合成のために、混合物を十分に還流する。2−エトキシエタノールに、塩化インジウム四水和物と塩化スズ二水和物とを溶解させるとき、2−エトキシエタノールは、溶媒及び安定化剤として利用される。
次には、ITO電子ビームレジストを利用し、ITOパターンを形成する方法について説明する。
図8は、本発明によるITOパターンの形成方法について説明するためのフローチャートであり、図9ないし図11は、本発明によるITOパターンの形成方法について説明するための断面図である。
具体的に、前述のように、ITO電子ビームレジストを合成する(ステップ200)。図9に図示したように、基板50、例えば、石英基板上にITO電子ビームレジストをコーティングし、ITO電子ビームレジスト膜52を形成する(ステップ220)。
ITO電子ビームレジストのコーティングは、スピンコーティングを利用できる。スピンコーティング時に、スピンコータの回転速度(rpm)と回転時間とを調節することによって、ITO電子ビームレジスト膜52の厚さを調節できる。スピンコーティングされたITO電子ビームレジスト膜52の厚さは、非接触式であるエリプソメータを利用し、測定することが望ましい。
図10に示したように、ITO電子ビームレジスト膜52を電子ビーム描画装置を利用してパターニングし、ITO電子ビームレジストパターン52aを形成する(ステップ240,260)。言い換えれば、電子ビーム描画装置を利用し、所望サイズと形状との微細パターンを電子ビームで直接ITO電子ビームレジスト膜52上に描画して現像し、ITO電子ビームレジストパターン52aを形成する。ITO電子ビームレジストパターン52aの解像度は、電子ビーム描画装置の解像度に依存する。十分に高い解像度を有する電子ビーム描画装置を使用するならば、数nmクラスのITO電子ビームレジストパターン52aも形成可能である。言い換えれば、ITO電子ビームレジストパターン52aは、電子ビーム描画装置の解像度によって、十分に小さなナノスケールで形成できる。
ITO電子ビームレジストパターン52aの形成過程について詳細に述べれば、次の通りである。図9に図示したように、ITO電子ビームレジスト膜52の表面を、電子ビーム描画装置を利用し、一定のパターン形状をなすように電子ビーム54で露光する(ステップ240)。電子ビームで露光されたITO電子ビームレジスト膜52は、電子ビームで露光されていないITO電子ビームレジスト膜52に比べ、構造的に安定している。
電子ビーム露光の段階が終われば、基板50を電子ビーム描画装置から取り出す。次に、図10に図示したように、電子ビーム54で露光されたITO電子ビームレジスト膜52を現像し、ITO電子ビームレジストパターン52aを形成する(ステップ260)。ITO電子ビームレジスト膜52の現像時、現像液は、脱イオン水及びエタノールの混合物を利用する。現像液は、脱イオン水及びエタノールの混合比を10:1とすることが望ましい。電子ビーム露光量、現像液の濃度調節、現像時間のような調節によって、実現されるITO電子ビームレジストパターン52aの質が決定されうる。本実施例で、電子ビーム露光量は、40mC/cmとすることが望ましい。
続いて、現像工程後に図11に図示したように、ITO電子ビームレジストパターン52aを熱処理し、ITOパターン56を形成する(ステップ280)。すなわち、ITO電子ビームレジストパターン52aを熱処理することによって、ITO電子ビームレジストパターン52aを高い光透過率と電気伝導度とを有するITOパターン56に変換させる。言い換えれば、基板50とITO電子ビームレジストパターン52aとを周到に乾燥させた後、空気中で熱処理することによって、高い光透過率と電気伝導度とを有するITOパターン56に変換させる。本発明は、熱処理温度及び時間などの条件変化を介して、光透過率と電気伝導度とを微細に調節する。
前述のように、ITO電子ビームレジストパターン52aを電子ビーム描画装置の解像度によって、ナノスケールに形成できるために、これにより、ITOパターン56も同一にナノスケールに形成できる。ITOパターン56は、透明導電膜であって、微細透明電極として利用できる膜質である。ITO電子ビームレジストパターンの熱処理は、空気雰囲気で、400℃ないし800℃で行うことが望ましい。
以上のような本発明のITOパターンの形成方法は、エッチング工程やリフトオフ工程が含まないので、従来技術の問題点を解決できる。また、本発明のITOパターンの形成方法は、電子ビーム描画装置の解像度によって、十分に小さなナノスケールのITOパターンを形成できる。
次には、本発明によるITOパターンの各種物理的な特性について説明する。以下では、便宜上、基板上にITO電子ビームレジスト膜を形成した後で熱処理して得られたITO薄膜を利用し、物理的な特性を測定した結果について説明する。
図12は、本発明の実施例に係る方法によって製造されたITO薄膜のX線回折結果を図示したグラフである。
具体的に、本発明によるITO薄膜は、前述のような合成法で合成されたITO電子ビームレジストを、基板、例えば、シリコン酸化物基板(SiO)基板上にスピンコーティングした後、空気雰囲気で500℃で10分間熱処理して得た。このように得られたITO薄膜のX線回折を測定した。
図12に図示したように、本発明の実施例に係る方法によって得られたITO薄膜の回折ピークの主配向面は、(222)、(400)、(440)及び(622)であった。図12で、*は、SiOによるピークである。本発明の実施例に係る方法によって得られたITO薄膜の主配向面は、誤差範囲内で、標準試料のX線回折結果(JCPDSカード,No.44−1087)と一致した。従って、本発明の実施例に係る方法によって得られた薄膜がITO薄膜であることが明確に分かる。
図13は、本発明の実施例に係る方法によって製造されたITO薄膜厚の測定結果を示すグラフであり、光透過率を波長の関数として示す。
具体的に、本発明によるITO薄膜は、前述のような合成法で合成されたITO電子ビームレジストを、基板、例えば、シリコン酸化物基板(SiO)上にスピンコーティングした後、空気雰囲気で500℃で10分間熱処理して得た。このように得られたITO薄膜は、その厚さを100nm、130nm及び150nmとした。そして、このように得られたITO薄膜に対して、各厚さ別に、波長による透過率の変化を測定した。図13で、参照符号“a”,“b”,“c”は、それぞれITO薄膜厚を100nm、130nm及び150nmとした場合である。
図13から分かるように、本発明によるITO薄膜は、およそ380nm以上の波長領域では、いずれも光透過率が90%以上と非常に高いことが分かる。特に、本発明によるITO薄膜は、点線で表示した可視光線領域、すなわち、波長がおよそ380nmから780nmで、光透過率が90%以上と高い。これに対し、一般的なDCマグネトロンスパッタリング法で製造されたITO薄膜の場合には、光透過率が450nmないし500nm波長領域で90〜96%であり、450nmないし500nm波長領域より低い波長、または高い波長で光透過率が順次低下する。
従って、本発明によるITO薄膜は、厚さが変わっても、およそ380nm以上の波長領域では、いずれも光透過率が90%以上と高いために、本発明によるITO薄膜は、多様な厚さと多様な用途において利用されうる。
図14は、本発明の実施例に係る方法によって製造されたITO薄膜と従来のITO薄膜との光透過率を波長の関数で測定したグラフである。
具体的に、本発明の実施例に係る方法によって製造されたITO薄膜は、前述のような合成法で合成されたITO電子ビームレジストを、基板、例えば石英基板上にスピンコーティングした後、空気雰囲気で500℃で10分間熱処理して得た。
参照符号“I”は、本発明の実施例に係る方法によって製造されたITO薄膜の厚さを130nmとして透過率を測定したものである。参照符号“P”は、従来技術、例えば、DCマグネトロンスパッタリング法によってガラス基板に形成された130nm厚のITO薄膜の透過率を示す。図14に図示されているように、本発明の実施例に係る方法によって製造されたITO薄膜の光透過率が従来のITO薄膜の光透過率より高いということが分かる。特に、本発明によるITO薄膜は、点線で表示した可視光線領域、すなわち、波長がおよそ380nmから780nmで、光透過率が90%以上と高いことが分かる。
図15は、本発明の実施例に係る方法によって製造されたITO薄膜の熱処理温度による抵抗率の変化を図示したグラフである。
具体的に、本発明の実施例に係る方法によって製造されたITO薄膜は、前述のような合成法で合成されたITO電子ビームレジストを、基板、例えば、石英基板上にスピンコーティングした後、空気雰囲気で、400℃ないし800℃で10分間熱処理して得た。
図15から分かるように、本発明によるITO薄膜は、抵抗率がおよそ76μΩcmないし28μΩcmと非常に低い値を有する。特に、500℃で熱処理した本発明によるITO薄膜の場合、抵抗率がおよそ30μΩcmと非常に低く、熱処理温度を考慮するとき、最適値を示す。
これと関連し、従来のDCマグネトロンスパッタリング法やスプレイCVD法で製造されたITO薄膜は、抵抗率がそれぞれ150μΩcm及び170μΩcmのレベルである。従って、本発明によるITO薄膜は、抵抗率が従来よりはるかに低く、電気的特性にすぐれるということが分かる。
図16は、本発明の実施例に係る方法によって製造されたITOパターンを、電子顕微鏡で観察したイメージである。
具体的に、本発明の実施例に係る方法によって製造されたITOパターンを参照符号“d”で表示した。参照符号“d”で表示したITOパターンの幅は100nmである。図16では、前述のような電気的特性測定のために、金(Au)電極eも共に形成した。結果的に、図16から分かるように、本発明の実施例に係る方法によってITO電子ビームレジストを合成し、合成されたITO電子ビームレジストを利用し、ITO薄膜の形成やナノスケールのITOパターンが形成できたことが分かる。
上述したように、本発明のITO電子ビームレジストの合成法によれば、ITO電子ビームレジストを得ることができる。
本発明のITOパターンの形成方法によれば、エッチング工程やリフトオフ工程を使用せずに、ITO電子ビームレジスト膜に直ちに電子ビーム描画装置でパターンを形成するという簡単な工程でITOパターンを形成できる。本発明のITOパターンの形成方法によれば、電子ビーム描画装置の解像度によって、数nmクラスのパターンまで微細な種々の形状のパターン形成が可能である。
本発明のITOパターンの形成方法によれば、エッチング工程やリフトオフ工程で引き起こされる従来技術の問題点、例えば、フォトレジスト膜とITO薄膜との相互間の接着力の問題、フォトレジストの再堆積の問題、1μm以下のパターンを実現するために生じる問題などを解決できる。
本発明によるITO電子ビームレジストを利用して形成されたITO薄膜やITOパターンは、光学的特性として、可視光線領域で高い光透過率を有し、電気的特性として非常に低い抵抗率を有する。
上記のように、本発明は例示的な実施例を参照しながら説明したが、以下の請求項によって定められる本発明の趣旨及び技術的範囲から離脱しない範囲で、形態や詳細における種々の変形が可能であることが、当業者には理解できるであろう。
本発明は、インジウムスズ酸化物電子ビームレジストの合成方法を提供する。本発明はまた、このインジウムスズ酸化物パターンの形成方法を提供する。

Claims (9)

  1. 塩化インジウム四水和物と塩化スズ二水和物とを用意する段階と、
    前記塩化インジウム四水和物と塩化スズ二水和物とを2−エトキシエタノールに溶解させ、ITO電子ビームレジストを合成する段階
    とを含むことを特徴とするITO電子ビームレジストの合成方法。
  2. 前記塩化インジウム四水和物と塩化スズ二水和物とが前記2−エトキシエタノールに溶解した混合物中に、
    前記塩化インジウム四水和物と塩化スズ二水和物とが、モル比率が9:1で含まれることを特徴とする請求項1に記載のITO電子ビームレジストの合成方法。
  3. 前記2−エトキシエタノールに、前記塩化インジウム四水和物と塩化スズ二水和物とを溶解させるとき、前記2−エトキシエタノールは、溶媒及び安定化剤として機能することを特徴とする請求項1に記載のITO電子ビームレジストの合成方法。
  4. ITO電子ビームレジストを合成する段階と、
    基板上に前記ITO電子ビームレジストをコーティングし、ITO電子ビームレジスト膜を形成する段階と、
    前記ITO電子ビームレジスト膜を、電子ビーム描画装置を利用してパターニングし、ITO電子ビームレジストパターンを形成する段階と、
    前記ITO電子ビームレジストパターンを熱処理し、ITOパターンを形成する段階
    とを含むことを特徴とするITOパターンの形成方法。
  5. 前記ITO電子ビームレジスト合成は、塩化インジウム四水和物と塩化スズ二水和物とを2−エトキシエタノールに溶解させて得られることを特徴とする請求項4に記載のITOパターンの形成方法。
  6. 前記ITO電子ビームレジストパターンは、
    前記ITO電子ビームレジスト膜の表面を、前記電子ビーム描画装置を利用して一定のパターン形状をなすように電子ビームで露光する段階と、
    前記電子ビームで露光された前記ITO電子ビームレジスト膜を現像する段階
    とを含むことを特徴とする請求項5に記載のITOパターンの形成方法。
  7. 前記ITO電子ビームレジスト膜を現像するとき、
    現像液として、脱イオン水及びエタノールの混合物が用いられることを特徴とする請求項6に記載のITOパターンの形成方法。
  8. 前記脱イオン水及びエタノールの混合比は、10:1であることを特徴とする請求項7に記載のITOパターンの形成方法。
  9. 前記ITOパターンは、透明導電膜であることを特徴とする請求項4に記載のITOパターンの形成方法。
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