KR20070059877A - 유기 전자 소자의 유기 물질층 패터닝 방법과 상기 방법을이용하여 제작된 유기 박막 트랜지스터 및 유기 전계 발광디바이스 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유기 전자 소자의 유기 물질층 패터닝 방법과 상기 방법을 이용하여 제작된 유기 박막 트랜지스터 및 유기 전계 발광 디바이스에 관한 것이다.
본 유기 전자 소자의 유기 물질층 패터닝 방법은 기판상에 제1 포토레지스트 도포하는 단계와, 상기 도포된 제1 포토레지스트를 열처리하는 단계와, 상기 제1 포토레지스트를 전면 노광하는 단계와, 상기 제1 포토레지스트 상에 금속 박막을 증착하는 단계와, 상기 금속 박막 상에 제2 포토레지스트를 형성하는 단계와, 상기 도포된 제2 포토레지스트를 열처리하는 단계와, 상기 열처리된 제2 포토레지스트 상부에 원하는 패턴에 따른 마스크를 형성하는 단계와, 상기 마스크 상부에서 상기 제2 포토레지스트를 노광하는 단계와, 상기 제1 포토레지스트 및 상기 제2 포토레지스트를 현상하는 단계와, 상기 패터닝된 상기 기판 및 상기 제2 포토레지스트 상에 유기 전자 소자에 이용될 유기 물질층을 형성하는 단계와, 상기 유기 물질층 상에 보호막을 형성하는 단계와, 리프트-오프 방법으로 상기 제1 및 제2 포토레지스트를 제거하는 단계를 포함한다.
이에 따라, 다층 구조의 포토레지스트를 사용함으로써 공정 중의 변형을 방지할 수 있고, 유기 전자 소자의 유기 물질층을 보호하는 보호막을 형성한 후에도 리프트 오프 방법을 이용할 수 있어, 유기 전자 소자의 유기 물질층의 특성 변화 없이 미세 패터닝을 수행할 수 있다.
유기 전자 소자의 유기 물질층, 제1 포토레지스트, 제2 포토레지스트, 유기 박막 트랜지스터, 유기 전계 발광 디바이스
Description
도 1a 및 도 1b는 종래 리프트 오프 공정에 사용하기 위한 포토레지스트의 일영역을 확대한 단면도이다.
도 2a 내지 도 2i는 본 발명에 따른 유기 전자 소자의 유기 물질층을 패터닝하는 공정에 따른 측단면도이다.
도 3은 도 2a 내지 도 2i의 제조 공정을 나타낸 단계별 제조 블록도이다.
도 4는 본 발명에 따른 다층 구조의 포토레지스트를 촬영한 사진이다.
** 도면의 주요부분에 대한 설명 **
210: 기판 220: 제1 포토레지스트
230: 금속 박막 240: 제2 포토레지스트
240a: 오버행 영역 h: 오버행 높이
w: 오버행 함몰 폭 250: 마스크
260: 유기 물질층 270: 보호막
본 발명은 유기 전자 소자의 유기물질층 패터닝 방법과 상기 방법을 이용하여 제작된 유기 박막 트랜지스터 및 유기 전계 발광 디바이스에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 다층 구조의 포토레지스트를 이용하여 리프트 오프 공정을 수행함으로써, 유기물질층의 특성 변화 없이 미세 패터닝을 가능하게 하는 유기 전자 소자의 유기물질층 패터닝 방법과 상기 방법을 이용하여 제작된 유기 박막 트랜지스터 및 유기 전계 발광 디바이스에 관한 것이다.
유기물질층에 사용되는 유기 소재는, 실리콘과 갈륨 기반의 무기 소재와는 달리 탄소, 산소, 수소 등의 원소로 구성되며, 무기 소재와 유사한 전기적 특성을 갖는다. 유기 소재를 기반으로 하는 유기 전자 소자는 저가격, 저소비 전력, 대면적화, 친환경성 등에 장점이 있어, 최근 차세대 소재로 주목받고 있다. 무기 소재를 이용하는 전자 소자 및 부품은 기능성 확보를 위해 무기 소재를 패터닝하는 공정을 포함한다. 유기 소재를 기반으로 하는 유기 전자 소자 및 부품 역시 각 소자의 기능성을 확보하기 위해 패터닝 공정을 포함해야 한다. 무기 소재 및 유기 소재를 패터닝하는 방법으로는, 식각 공정 (습식 식각 방법, 건식 식각 방법 등), 선 택적 도포 공정 (잉크젯, 프린팅 등) 및 선택적 증착 공정, 자기 정렬 (self-aligned) 공정 등이 있다.
일반적으로, 다양한 패터닝 방법 중 식각 공정을 이용하여 유기 소재를 패터닝하기 위해서는, 패터닝 영역을 정의하는 리소그라피 공정이 사용된다. 리소그라피 공정은 광 리소그라피 (optical lithography), 방사 리소그라피 (radiation lithography) 등으로 구분할 수 있으며, 리소그라피 공정에는 빛에 민감한 포토레지스트 (photoresist)가 사용된다.
그러나, 포토레지스트는 유기 물질이기 때문에, 패터닝하려는 유기 소재 상에 포토레지스트를 도포하는 경우 화학적 안정성을 떨어뜨릴 수 있다. 즉, 다시 말해, 유기 소재를 기반으로 하는 유기 전자 소자의 제작에 있어서, 유기 소재의 미세 패터닝 공정에 기존의 무기 전자 소자의 제작 공정을 적용하는 경우 화학적 안정성이 떨어져 원하는 패턴을 형성할 수 없다는 단점이 있다. 특히, 포토레지스트를 도포한 후, 건식 식각 공정을 수행하는 경우에는 유기 소재인 포토레지스트와 패터닝해야 할 유기 물질층 간에 선택성이 부족하여 식각 깊이를 제어하는 것이 용이하지 않다. 게다가, 포토레지스트가 유기 소재 상에 도포됨으로써, 패턴을 형성한 후에 유기 전자 소자의 특성이 급격하게 감소한다는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점들을 보완하기 위하여, 노광 단계, 현상 단계, 식각 단계를 포함하는 포토 마스킹 공정 중에서, 식각 단계가 제외되고 노광 단계와 현상 단계만을 포함하는 미세 패턴 형성이 가능한 리프트-오프 (lift-off) 공정을 사용하는 방법이 이용된다.
도 1a 및 도 1b는 종래 리프트 오프 공정에 사용하기 위한 포토레지스트의 일영역을 확대한 단면도이다. 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 도 1a에는 역방향 기울기가 생기는, 즉, 상부 폭이 하부 폭보다 넓은 형태의 역사다리꼴 형상을 가지며 돌출된 오버행(overhang;101a)이 형성된 포토레지스트(101)가 개시되어 있으며, 도 1b에는 상부 영역의 일부가 처마처럼 튀어나온 형태의 오버행(102a)을 갖는 포토레지스트(102)가 개시되어 있다.
그러나, 리프트-오프 공정에 사용되는 포토레지스트는 화학정 안정성 문제 때문에 그 종류가 한정되어 있어 유기 물질층 형성이 용이하지 않다. 또한, 포토레지스트의 상부에 유기 물질층을 형성하는 경우에는 유기 물질층의 증착 두께에 따라 포토레지스트의 형태를 손상시킬 수 있다는 단점이 있다. 더욱이, 유기 물질층 상에 보호막을 형성하는 경우에도 포토레지스트의 형태를 훼손시킬 수 있다는 단점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점들을 해소하기 위해 고안된 발명으로, 본 발명의 목적은 포토레지스트를 다층으로 형성함으로써, 유기 전자 소자의 특성을 변화시키지 않고 유기 물질층을 미세 패터닝할 수 있는 유기 전자 소자의 유기물질층 패터닝 방법과 상기 방법을 이용하여 제작된 유기 박막 트랜지스터 및 유기 전계 발광 디바이스를 제공하는 것이다.
전술한 목적 및 다른 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 일측면에 따른, 본 유기 전자 소자의 유기 물질층 패터닝 방법은 기판상에 제1 포토레지스트를 도포하는 단계와, 상기 도포된 제1 포토레지스트를 열처리하는 단계와, 상기 제1 포토레지스트를 전면 노광하는 단계와, 상기 제1 포토레지스트 상에 금속 박막을 증착하는 단계와, 상기 금속 박막 상에 제2 포토레지스트를 형성하는 단계와, 상기 도포된 제2 포토레지스트를 열처리하는 단계와, 상기 열처리된 제2 포토레지스트 상부에 원하는 패턴에 따른 마스크를 형성하는 단계와, 상기 마스크 상부에서 상기 제2 포토레지스트를 노광하는 단계와, 상기 제1 포토레지스트 및 상기 제2 포토레지스트를 현상하는 단계와, 상기 패터닝된 상기 기판 및 상기 제2 포토레지스트 상에 유기 전자 소자에 이용될 유기 물질층을 형성하는 단계와, 상기 유기 물질층 상에 보호막을 형성하는 단계, 및 리프트-오프 방법으로 상기 제1 및 제2 포토레지스트를 제거하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 상기 제1 포토레지스트 및 제2 포토레지스트를 현상하는 단계에서는 상기 제1 포토레지스트 및 상기 제2 포토레지스트를 동시에 현상할 수 있다. 상기 현상액은 염기성 용액이다.
상기 제1 포토레지스트 및 제2 포토레지스트를 현상하여 오버행을 형성한다. 상기 오버행의 두께는 상기 제2 포토레지스트 및 상기 금속 박막의 형성 두께 중 적어도 하나를 이용하여 제어 가능하다. 상기 오버행의 함몰 폭은 0.1㎛ ~ 30㎛이며, 상기 오버행의 함몰 폭은 상기 금속박막의 두께, 상기 제1 포토레지스트의 노 광 시간 및 현상 시간 중 적어도 하나를 이용하여 제어한다.
상기 제1 포토레지스트의 열처리는 상기 제2 포토레지스트의 열처리 온도와 같은 온도 또는 높은 온도에서 수행한다. 상기 제2 포토레지스트의 열처리 온도는 80 ~ 150 ℃ 이다. 상기 금속 박막을 증착하는 단계에서 상기 금속 박막의 두께는 1 ~ 10Å이다. 상기 금속 박막을 증착하는 단계에서는 알루미늄을 이용하여 상기 금속 박막을 형성한다.
한편, 본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 본 발명은 청구항 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 유기 전자 소자의 유기 물질층 패터닝 방법을 이용하여 제작된 유기 박막 트랜지스터를 제공한다.
본 발명의 또 다른 일측면에 따르면, 본 발명은 청구항 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 유기 전자 소자의 유기 물질층 패터닝 방법을 이용하여 제작된 유기 전계 발광 디바이스를 제공한다.
이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 유기 전자 소자의 패터닝 방법을 구체적으로 설명한다.
도 2a 내지 도 2i는 본 발명에 따른 유기 전자 소자의 유기 물질층을 패터닝하는 공정에 따른 측단면도이고, 도 3은 도 2a 내지 도 2i의 제조 공정을 나타낸 단계별 제조 블록도이다.
도 2a, 도 2b 및 도 3을 참조하면, 우선, 기판(210)을 준비하고, 준비된 기 판(210) 상에는 제1 포토레지스트(220)를 도포한다(S305). 상기 기판(210)은 제조될 유기 전자 소자의 종류 및 형태(예컨대, 유기 박막 트랜지스터, 유기 전계 발광 디바이스 등)에 적합한 종류(예컨대, 투명 기판 등)를 선택하여 사용한다. 제1 포토레지스트(220)를 도포한 다음, 증착된 제1 포토레지스트(220)를 활성화시키기 위해 열처리 공정을 수행한다(S310). 다음 공정에서는 제1 포토레지스트(220)를 마스크없이 전면 노광한다(lithography, S315). 노광은 광 리소그라피(optical lithography), 방사 리소그라피(radiation lithography) 등 다양한 방법을 이용할 수 있으며, 본 실시 예에서는 자외선(UV)을 이용하여 노광공정을 수행한다.
도 2c를 참조하면, 전면 노광된 제1 포토레지스트(220) 상에는 금속 박막(230)이 형성된다(S320). 금속 박막(230)은 제1 포토레지스트(220)를 식각할 수 있는 현상액으로 식각할 수 있는 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 일반적으로, 제1 포토레지스트(220)를 식각할 수 있는 현상액은 염기성 용액이므로, 염기성 용액에 식각가능한 금속을 이용한다. 본 실시 예에서는 염기성 용액에 식각되는 알루미늄(Al)을 이용하여 금속 박막(230)을 형성한다.
금속 박막(230)은 증착시 증착 속도, 증착 시간 등에 따라 그 두께를 제어할 수 있으며, 가능한 금속 박막(230) 상부에 형성될 제2 포토레지스트(미도시)에 영향을 적게 주는 두께로 증착하는 것이 바람직하다. 일반적으로, 현상액에 의한 금속 박막(230)의 식각 속도는 포토레지스트 현상 속도에 비해 상대적으로 느리며, 금속 박막(230)의 두께가 두꺼워지면 금속 박막(230)을 식각하는 데 걸리는 시간이 길어지고 상부에 형성될 제2 포토레지스트가 지나치게 많이 식각될 수 있으므로, 이를 고려하여 금속 박막(230)은 1 ~ 10Å정도의 두께로 증착한다.
도 2d 및 도 2e를 참조하면, 금속박막(230) 상에는 제2 포토레지스트(240)를 도포한다(S325). 일반적으로, 제1 및 제2 포토레지스트(220, 240)는 빛에 민감한 반응을 보이는 화합물로, 빛이 조사된 부분이 현상액에 녹는 양성 감광제와 빛이 조사된 부분이 현상액에 녹지 않는 음성감광제로 나뉠 수 있으며, 제조사별로 다양하게 시판되므로, 이들 물질을 제작한 유기 전자 소자의 성격에 맞게 적절하게 선택하여 사용할 수 있다.
제2 포토레지스트(240)를 도포한 다음에는 제2 포토레지스트(240)를 열처리한다(S330). 한편, 제2 포토레지스트(240)는 제1 포토레지스트(220)의 열처리 온도보다 낮거나 같은 온도에서 열처리한다. 제2 포토레지스트(220)의 열처리 온도가 제1 포토레지스트(240)의 열처리 온도보다 높은 경우, 제2 포토레지스트(240)의 열처리시 제1 포토레지스트(220)의 변형을 유발할 수 있기 때문이다. 본 실시 예에서는 80 ~ 150℃범위에서 제2 포토레지스트(240)를 열처리 한다. 열처리 공정이 수행된 다음에는 제2 포토레지스트(240)의 상부에 마스크(250)를 형성한다(S335). 마스크(250)가 형성된 다음, 형성된 마스크(250) 패턴에 따라 제2 포토레지스트(240)를 노광한다(S340).
도 2f를 참조하면, 제2 포토레지스트(240)를 노광한 다음에는 제1 포토레지스트(220)와 제2 포토레지스트(240)를 현상한다(S345). 제1 및 제2 포토레지스 트(220, 240)는 동일한 현상액을 이용하여 동시에 현상할 수 있다. 제1 포토레지스트(220) 및 제2 포토레지스트(240)를 현상하면, 오버행(240a)이 형성된다. 오버행(240a)의 높이(h)는 제2 포토레지스트(240)의 적층 두께에 따라 제어가 가능하며, 상기 금속 박막(230)의 적층 두께도 오버행(240a)의 높이(h)를 제어하는데 영향을 줄 수 있다. 오버행(240a)의 함몰 폭(w)은 제1 포토레지스트(220)의 노광시간, 금속 박막(130)의 적층 두께 및 현상 시간에 의해 제어할 수 있으며, 제1 포토레지스트(220)의 노광 시간을 길게 하거나, 금속박막(230)을 두껍게 증착하거나, 금속박막(230)의 현상 시간을 길게 하는 경우 오버행(240a)의 함몰 폭(w)을 0.1㎛ ~ 30㎛ 의 깊이까지 제어할 수 있다. 구체적으로, 제1 포토레지스트(220)의 노광 시간이 길어지면 제1 포토레지스트(220)의 현상이 빨라지고, 금속 박막(230)의 두께가 두꺼워지면 금속 박막(230)을 균일하게 식각하게 위해 현상액에 노출되는 시간이 길어지며, 금속 박막(230)의 현상 시간이 길어지면 제1 포토레지스트(220)가 과도하게 현상되기 때문에, 제1 포토레지스트(220)의 함몰 폭(w)이 깊어질 수 있다.
도 2g를 참조하면, 현상 공정을 통해, 제1 및 제2 포토레지스트(220, 240)가 오버행을 가지도록 패터닝된 다음에는, 패터닝된 제2 포토레지스트(250) 상 및 노출된 기판(210) 상에 유기 전자 소자에 사용될 유기물질층(260)을 증착한다(S350). 도 2h를 참조하면, 유기물질층(260) 상에는 보호막(270)이 형성된다(S355). 보호막(270)이 형성된 다음, 도 2i를 참조하면, 보호막(270)을 마스크로 이용하여 리프 트-오프 공정을 수행한다(S360). 이상의 공정 단계를 통해, 기판(210) 상에는 유기 전자 소자에 이용될 유기물질층(260)과, 유기물질층(260) 상에 형성된 보호막(270)이 남는다.
도 4는 본 발명에 따른 다층 구조의 포토레지스트를 촬영한 사진이다. 도 4를 참조하면, 도 4에는 다층 구조의 포토레지스트(220, 240)가 기판(210) 상에 개시되어 있으며, 상기 제1 포토레지스트(220) 및 제2 포토레지스트(240)의 현상으로 형성된 오버행(240a)이 개시되어 있음을 확인할 수 있다. 이상, 다층 구조의 포토레지스트(220, 240)를 형성함으로써, 리프트 오프공정에 의한 포토레지스트의 손상을 방지하며, 이를 통해 유기 전자 소자에 사용되는 유기 물질층의 특성 변화를 방지할 수 있다.
전술한 유기 전자 소자의 유기 물질층 패터닝 방법, 구체적으로, 다층 구조의 포토레지스트를 적층하고, 이를 이용한 오버행을 형성한 다음, 리프트-오프 공정을 이용하여 유기물질층을 패터닝하는 방법(도 2a ~ 도 2i 및 도 3을 참조)을 이용하여 유기 박막 트랜지스터의 유기물질층을 패터닝할 수 있고, 또한, 유기 전계 발광 소자 및 유기 전계 발광 디스플레이에 사용되는 유기물질층 또는 그 상부의 보호막 등을 특성변화없이 미세하게 패터닝할 수 있다. 더욱이, 상기 패터닝 방법이 유기 박막 트랜지스터, 유기 전계 발광 소자 및 유기 전계 발광 디스플레이에 사용되는 유기물질층/무기물질층의 패터닝에 이용될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상은 상기 바람직한 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아니므로, 상기 기술 분야의 당업자라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
이상, 전술에 따르면, 본 발명은 유기 전자 소자의 유기 물질층을 미세 패터닝하는 공정에 리프트 오프 공정을 이용함으로써, 기존의 무기 전자 소재의 공정에 적용하는 경우에 비해 화학적 안정성을 향상시킬 수 있어, 원하는 패턴을 형성한 후에도 유기물질층의 특성을 저하시키지 않는다.
또한, 본 발명은 리프트 오프 공정에 사용되는 포토레지스트를 다층구조로 형성함으로써, 공정 중의 변형을 막을 수 있으며, 유기물질층을 보호하는 보호막을 형성한 후에도 유기물질층의 특성 변화없이 미세 패터닝을 수행할 수 있다.
Claims (13)
- 기판상에 제1 포토레지스트를 도포하는 단계와,상기 도포된 제1 포토레지스트를 열처리하는 단계와,상기 제1 포토레지스트를 전면 노광하는 단계와,상기 제1 포토레지스트 상에 금속 박막을 증착하는 단계와,상기 금속 박막 상에 제2 포토레지스트를 형성하는 단계와,상기 도포된 제2 포토레지스트를 열처리하는 단계와,상기 열처리된 제2 포토레지스트 상부에 원하는 패턴에 따른 마스크를 형성하는 단계와,상기 마스크 상부에서 상기 제2 포토레지스트를 노광하는 단계와,상기 제1 포토레지스트 및 상기 제2 포토레지스트를 현상하는 단계와,상기 패터닝된 상기 기판 및 상기 제2 포토레지스트 상에 유기 전자 소자에 이용될 유기 물질층을 형성하는 단계와,상기 유기 물질층 상에 보호막을 형성하는 단계, 및리프트-오프 방법으로 상기 제1 및 제2 포토레지스트를 제거하는 단계를 포함하는 유기 전자 소자의 유기 물질층 패터닝 방법.
- 제1항에 있어서,상기 제1 포토레지스트 및 제2 포토레지스트를 현상하는 단계에서는상기 제1 포토레지스트 및 상기 제2 포토레지스트를 동시에 현상할 수 있는 현상액을 이용하여 현상하는 유기 전자 소자의 유기 물질층 패터닝 방법.
- 제2항에 있어서,상기 현상액은 염기성 용액인 유기 전자 소자의 유기 물질층 패터닝 방법.
- 제1항에 있어서,상기 제1 포토레지스트 및 제2 포토레지스트를 현상하는 단계에서는,상기 제2 포토레지스트에 상기 제1 포토레지스트 패턴측 보다 일측으로 돌출된 오버행을 형성하는 유기 전자 소자의 유기 물질층 패터닝 방법.
- 제4항에 있어서,상기 오버행의 두께는 상기 제2 포토레지스트 및 상기 금속 박막의 형성 두께 중 적어도 하나를 이용하여 제어가능한 유기 전자 소자의 유기 물질층 패터닝 방법.
- 제4항에 있어서,상기 오버행의 함몰 폭은 0.1㎛ ~ 30㎛인 유기 전자 소자의 유기 물질층 패터닝 방법.
- 제6항에 있어서,상기 금속박막의 두께, 상기 제1 포토레지스트의 노광 시간 및 현상 시간 중 적어도 하나를 이용하여 상기 오버행의 함몰 폭을 제어하는 유기 전자 소자의 유기 물질층 패터닝 방법.
- 제1항에 있어서,상기 제1 포토레지스트의 열처리는 상기 제2 포토레지스트의 열처리 온도와 같은 온도 또는 높은 온도에서 수행하는 유기 전자 소자의 유기 물질층 패터닝 방법.
- 제8항에 있어서,상기 제2 포토레지스트의 열처리 온도는 80 ~ 150 ℃ 인 유기 전자 소자의 유기물층 패터닝 방법.
- 제1항에 있어서,상기 금속 박막을 증착하는 단계에서 상기 금속 박막의 두께는 1 ~ 10Å인 유기 전자 소자의 유기 물질층 패터닝 방법.
- 제10항에 있어서,상기 금속 박막을 증착하는 단계에서는 알루미늄을 이용하여 상기 금속 박막을 형성하는 유기 전자 소자의 유기물 패터닝 방법.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 유기 전자 소자의 유기 물질층 패터닝 방법을 이용하여 제작된 유기 박막 트랜지스터.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 유기 전자 소자의 유기 물질층 패터닝 방법을 이용하여 제작된 유기 전계 발광 디바이스.
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