KR20080050593A - 미세 제조용 레이저 레지스트 전사 방법 - Google Patents

미세 제조용 레이저 레지스트 전사 방법 Download PDF

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KR20080050593A
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티모씨 존 트레드웰
리 더블유 터트
데이비드 블레어 케이
용택 홍
글렌 토마스 피어스
스콧 이 필립스
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이스트맨 코닥 캄파니
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Abstract

본 발명은 기판에 인접하게 내열 물질 층을 갖는 도너 요소(12)를 위치시켜 기판(18) 상에 레지스트 패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다. 내열 물질 층의 표면이 기판 표면으로부터 이격되어 위치하도록 다수의 이격 요소에 의해 간극이 유지된다. 레지스트 패턴에 따라 열 에너지가 도너 요소(12) 쪽을 향하게 하고, 이에 의해 도너 요소(12)로부터 내열 물질의 일부가 융제 전사에 의해 간극을 가로질러 기판(18) 상에 전사되고 침착되어 레지스트 패턴을 형성한다.
써모레지스트, 레지스트 패턴, 융제 전사, 마이크로 전자 소자.

Description

미세 제조용 레이저 레지스트 전사 방법{LASER RESIST TRANSFER FOR MICROFABRICATION}
본 발명은 일반적으로 마이크로 전자 소자의 제조, 특히 레이저 전사에 의해 형성되는 레지스트를 사용하는 건조 공정을 이용한 마이크로 전자 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
석판 패턴화 기법은 평판 용도를 위한 박막 트랜지스터(TFT) 어레이를 포함하는 마이크로 전자 소자의 통상적 제조에 이용되어 왔다. 미세 제조에 적용되는 종래의 포토레지스트 석판 기법은 구조물을 한정하고 기판 상의 물질의 영역을 약 100nm 이내의 치수로 형성할 수 있는 것으로 입증되어 왔다.
인쇄 모델에 근거하여, 석판 공정은 코팅(예를 들면 잉크) 또는 일부 다른 처리에 대해 수용성이거나 반발성(비-수용성)인 패턴 영역을 형성한다. 종래의 석판술은 적은 수의 기본 단계를 요구하고, 사용되는 재료와 다른 인자에 따라 변화된다. 전형적인 순서는 다음과 같다:
(i) 양성-작용 또는 음성-작용 포토레지스트(예를 들면 스핀-코팅에 의한)를 습윤 코팅하는 단계;
(ii) 포토레지스트를 예비소분하는 단계;
(iii) 광학 마스크 정렬기를 이용하여 상부 마스크를 통해 전자기선의 일부 형태에 노출시킴으로써 패턴을 형성하는 단계;
(iv) 후소분과 같은 마스크 패턴을 경화시키는 단계; 및
(v) 액체 에칭제를 이용하여 경화되지 않은 부분을 제거하는 단계.
표면의 후속적인 코팅 또는 처리 후에, 보호성 포토레지스트 패턴 그 자체가 제거될 수 있다.
단계 (i) 내지 (v)는 청정실 환경과 같은 공기 중에서 수행될 수 있고, 전형적으로 장치의 별개의 부분을 이용하여 수행된다. 다르게는, 코팅 침착과 같은 하나 이상의 단계가 진공에서 수행될 수 있다. 매우 상이한 성질의 공정이 이들 단계 각각에서 수행되기 때문에, 임의의 유형의 자동화된 연속 제조 시스템 또는 장치에서 단계 (i) 내지 (v)를 조합하는 것은 어렵고 비용이 많이 든다.
보다 좋은 치수 해상력(dimensional resolution)을 수득하고, 비용을 낮추고, 에칭제와 같은 화합물을 이용하지 않기 위해, 상기 단계 (i) 내지 (v)에 열거된 바와 같은 종래의 방법을 개선하고자 상당한 노력을 기울여 왔다. 한가지 특정한 이점의 개선점은 액체 에칭제에 대한 필요성을 없애는 플라즈마 에칭 기법의 개량이다. 상기 열거된 단계 (v)에 관하여, 플라즈마 에칭을 이용함으로써 건조 환경에서 미세석판 가공을 수행할 수 있다.
미세석판기법 분야의 숙련자에게 잘 공지된 바와 같이, 종래의 포토레지스트 물질은, 일정 시간 동안의 조명의 적분값인, 받은 총 노출에 반응하는 "상호작용 법칙"을 따른다. 경화가 종료될 때까지 주위 조명을 조심스럽게 제어해야 한다는 요구 조건은 종래의 포토레지스트 용도의 단점 중 하나이다. 종래의 포토레지스트는 전형적으로 스펙트럼의 UV 범위(여기에서 전형적으로 광자 에너지가 특히 높다)의 광에 노출된다. 반도체 구성 요소의 미세제조에 사용되는 포토레지스트의 예는 미국 특허 제 6,787,283 호(아오이(Aoai) 등)에 개시되어 있다.
포토레지스트의 이러한 반응 특징 및 다른 단점으로 인해, 다른 유형의 레지스트 물질, 즉, 써모레지스트 물질이 미세석판 가공에 보다 적합한 것으로 입증되었다. 써모레지스트는 일정 기간동안의 축적된 노출이 아니라 열 에너지에 반응한다. 대부분의 써모레지스트는 IR 및 근-적외선 범위의 선(radiation)에 반응하고, 편리하게 "IR 레지스트"로 불릴 수 있다. 그러나, 예를 들면 미국 특허 제 6,136,509 호(겔버트(Gelbert))에 개시된 바와 같이 UV 영역에서의 대안적인 써모레지스트 또한 존재할 수 있다.
써모레지스트를 이용하면 종래의 코팅 (상기 단계 (i))의 대안으로 건조 공정이 제공되는 이점이 있다. 더욱이, 고 초점의 방사 에너지를 이용하여 써모레지스트 패턴을 기판에 직접 적용할 수 있는 경우, 마스크에 대한 필요성이 없어지거나 최소화되고 예비-소분 및 경화 공정(상기 단계 (ii) 및 (iv))이 더이상 적용되지 않을 수 있다.
이러한 이점을 인식하여, 하기의 특허들을 포함하는 다수의 특허가 레이저 에너지를 이용하는 써모레지스트 용도를 제안하여 왔다:
- 미국 특허 제 5,858,607 호(버버리(Burberry) 등)는 도너 시트로부터 석판 인쇄 플레이트까지 패턴 물질을 직접 전사하기 위한 방법을 개시하고 있다. 알루미늄 또는 코팅된 폴리에스터와 같은 친수성 석판 인쇄 지지체에 코팅된 도너 시트를 위로 오게 한다. 도너 시트는 레이저 선을 흡수하는 물질과 하기 일반식의 반복 단위를 갖는 중합체 결합제를 함유하는 전사 층, 및 영상 가열되면 결합제가 친수성 리시버 표면으로 전사되도록 친수성 표면을 갖는 지지체로 구성된 리시버 요소를 함유한다:
Figure 112008022761932-PCT00001
상기 식에서,
R1은 사이아노, 아이소사이아네이트, 아자이드, 설폰일, 나이트로, 포스포릭, 포스폰일 또는 헤테로아릴이고,
R2는 수소 또는 알킬이거나, R1에 대해 정의된 바와 같다.
조합체는 결합제를 리시버로 전사시키는 고강도 레이저 빔으로 영상 노출된다. 전사는 비교적 낮은 노출을 요구하고, 플레이트의 화학적 또는 용액 가공이 없고, 후-소분이나 다른 후-가공이 없다.
- 미국 특허 제 6,855,384 호(니르말(Nirmal) 등)는 광 방출 중합체를 패턴화시키고, 유기 전자 발광 소자의 방출 층을 형성하는 방법을 개시하고 있다. 니 르말 등의 제 6,855,384 호의 방법은 전사 도너 시트를 제공하여 도너 시트를 리셉터 기판에 매우 인접하게 가져와서 도너로부터 리셉터로 전사 층을 선택적으로 열 전사시킨다. 도너 시트는 기판, 및 광 방출 중합체와 첨가제의 블렌드를 포함하는 전사 층을 포함한다. 첨가제는 전사 층의 매우 충실한 열 전사를 촉진시키기 위해 선택된다. 미국 특허출원 공개 제 2005/0074705 호(도요다(Toyoda))는 도너 시트로부터 기판으로 레지스트 물질의 접착 전사를 개시한다. 도요다의 제 2005/0074705 호의 방법에서, 레지스트 물질 층은 에너지 조사 빔을 이용하여 기판으로 융합되거나 용융된다. 그런 다음 용융되지 않은 도너 물질을 들어올려 제거하여, 기판 표면에 접착된 레지스트 패턴을 남긴다.
유리하게는, 버버리 등의 제 5,858,607 호, 니르말 등의 제 6,855,384 호 및 도요다의 제 2005/0074705 호의 방법은 경화되지 않은 레지스트 물질로 기판을 초기에 코팅할 필요성을 없애고, 마스크 요구 조건을 없애거나 감소시키고, 플라즈마 에칭 기법을 이용할 수 있게 하는 건조 공정을 제공한다. 그러나, 이런 장점에도 물구하고, 일부 성능 단점이 남아있다.
이들 특허 각각의 방법에 사용되는 접착 전사는 정확한 허용 오차를 유지하는데 있어 본질적인 한계를 갖고 있다. 이를 예시하기 위해, 도 1 및 2는 단순화된 도식적인 형태로 접착 전사 공정을 나타내며, 측면도이다(일정한 비율은 아니다). 도 1을 설명하자면, 접착 전사 패턴 장치(10)에서, 지지체(72) 상의 전사 층(68), 예를 들면 써모레지스트 물질 층을 갖는 도너 시트(70)는 기판(18)에 대해 직접적으로 위치된다. 레이저 빔(26) 또는 고 초점의 방사 에너지인 일부 다른 형 태가 도너 시트(70)에 적용된다. 레이저 빔(26)이 입사되는 중간 영역에서 광-열 전환이 일어나고 전사 층(68)의 상응하는 부분이 용융되고 따라서 이 부분이 기판(18) 표면에 접착된다. 접착 전사는 종종 적합하게는 "용융" 전사라 불린다.
도 2는 접착 전사와 관련된 익숙한 문제점을 보여준다. 이 문제는 도너 시트(70)가 기판(18)으로부터 잡아당겨질 때 발생한다. Q로 라벨링된 확대된 영역에서 보다 명확하게 도시되는 바와 같이, 전사 층(68)의 일부 부분이 기판(18)의 표면에 접착된 곳이면 어디서나 특징부(74)가 형성된다. 여기서, 특징부(74)는 써모레지스트 패턴의 일부이고, 전사 층(68)은 써모레지스트 물질이다. 이상적으로는, 특징부(74) 또는 레지스트 물질의 다른 구조물의 가장자리에서, 기판(18)에 접착되고자하는 레지스트 도너 부분과 들려져 제거되어 접착된 특징부(74)로부터 "찢어지는" 다른 부분 사이가 깨끗하게 분리되어야 한다. 그러나, 도 2에 도시된 바와 같이, 2가지 문제점중 하나가 가능하다. 먼저, 도 2의 과다 부분(76)에 의해 도시된 바와 같이, 위에 있는 도너 시트(70)가 제거될 때 접착되지 않은 레지스트 도너 부분이 깨끗하게 분리되지 않을 수 있다. 과다 부분(76)은 심지어 예를 들면 과열에 의해 기판(18) 표면에 우연히 접착될 수 있거나, 전사 층(68)의 나머지로부터 찢어질 수 있다. 과다 부분(76)의 존재로 인해 예를 들면 회로 선의 가장자리가 들쭉날쭉해질 수 있다.
두번째 가능한 문제는 예를 들면 일부 가벼운 표면 결함으로 인한, 또는 레지스트 전사 층(68) 상의 주위를 둘러싼 비-접착된 레지스트 도너의 과도한 두께 또는 강도로 인해, 기판(18)에 완벽하게 고정되지 않은 접착된 레지스트 전사 층(68) 부분에 관한 것이다. 도 2에서, 찢어진 부분(78)은 도너 시트(70)를 따라 들려 올려진다. 찢어진 부분(78)이 작은 경우, 인지되는 효과가 없을 수 있다. 그러나, 일부 경우, 과다 레지스트 물질이 제거되는 곳에서 이 효과로 인해 표면 특징부의 가장자리가 들쭉날쭉해질 수 있다.
찢어진 부분이 생기는 경향을 감소시키고 전체적인 접착 결합을 개선시키기 위해 다양한 조치를 취할 수 있다. 예를 들면 이런 효과를 상쇄시키고 도너 시트로부터 깨끗히 분리시키기 위해 도요다의 제 2005/0074705 호의 개시 내용은 심지어 이형 윤활제나 다른 제제를 도너 시트 구조 내에 첨가하는 것을 제안하였다. 그러나, 패턴의 접착된 부분과 접착되지 않은 부분 사이를 완벽하게 분리시키는 것이 가능하지 않기 때문에, 버버리 등의 제 5,858,607 호, 니르말 등의 제 6,855,384 호 및 도요다의 제 2005/0074705 호에서 제안된 바와 같은 접착 전사는 정확한 가장자리 한정을 유지하는 데 있어 본질적인 문제점이 있다. 이는 또한 접착 결합 방법을 이용하여 형성되는 레지스트 패턴에 대해 수득될 수 있는 치수 해상도를 제한한다.
또한, 접착 전사의 상당한 단점은 전체적인 에너지 수준 요구 조건에 관한 것이다. 도너 시트가 리시버 기판과 동일 평면에서 접촉하는 경우, 레이저 점에서는 열 확산을 통해 일정 양의 열이 반드시 손실된다. 이 효과는, 또한, 용융 및 접착에 필요한 임의의 물리적 변화를 일으키기 위해 더 높은 노출을 이용할 것을 요구한다. 열 확산은, 수용 기판이 높은 열 전도성을 갖는 금속 표면인 경우, 특히 문제일 수 있다.
접착 전사의 또다른 단점은 도너와 리시버 기판 사이의 친밀하고, 평면적인 표면 접촉에 대한 필요성에 관한 것이다. 정확성 및 높은 해상력은 접착 전사동안 도너가 리시버와 접촉하고 있을 것을 요구한다. 리시버 표면 상의 임의의 유형의 표면 특징부의 존재는 도너를 리시버 표면으로부터 분리시키는 경향이 있어, 접착 전사 기법을 이용한 정확한 전사에 이상적인 결합 조건보다는 더 나쁜 조건을 생성시킨다. 유사하게, 제어된 "청정실" 환경에서조차 피할 수 없는 먼지나 더러운 입자가 도너 표면과 리시버 표면 사이에 침강될 수 있다. 먼지나 다른 미립자에 의한 불완전한 접착 결합은 심각한 효과를 가질 수 있고, 결과적으로 접촉 점 근처에서 탈락(drop-out)을 생성할 수 있다.
따라서, 접착된 레지스트와 주위의 영역 사이의 가장자리 한정을 개선시킬 수 있고, 도너나 리시버 기판상으로 과다한 열 수준이 향하지 않게 하고, 특징부를 갖는 표면 상으로 잘 전사시키고, 종래의 접착 전사에 비해 먼지나 더러움에 보다 강한, 건조 매질을 이용한 기판 상의 써모레지스트 패턴화 장치 및 방법이 필요하다.
발명의 개요
개선된 써모레지스트 패턴화에 대한 필요성에 응답하여, 본 발명은 하기 단계를 포함하는, 기판 상에 레지스트 패턴을 형성하는 방법을 제공한다:
a) 써모레지스트 물질 층을 포함하는 도너 요소를 기판에 인접하게 위치시키는 단계;
b) 여러 개의 이격 요소에 의해 써모레지스트 물질 층의 표면이 상기 기판 표면으로부터 이격되어 위치하도록 간극을 유지시키는 단계;
c) 열 에너지를 레지스트 패턴에 따라 도너 요소 쪽으로 향하도록 함으로써, 도너 요소로부터 써모레지스트 물질의 일부를 융제 전사에 의해 간극을 가로질러 기판 상에 전사시키고 접착시켜, 레지스트 패턴을 형성하는 단계.
본 발명 및 이의 목적과 이점은 하기 제공된 바람직한 양태의 상세한 설명에서 보다 명확해질 것이다.
상세한 설명이 본 발명의 대상을 특정하게 지적하고 명확하게 청구하는 특허청구범위로 종결되지만, 본 발명은 첨부된 도면과 함께 보았을 때 하기의 설명으로부터 더욱 잘 이해될 것이다.
도 1은 종래의 접착 전사를 이용한 패턴화 장치를 보여주는 블록 다이어그램이다.
도 2는 도너 제거시 접착 전사를 이용할 경우의 상당한 문제점을 보여주는 블록 다이어그램이다.
도 3은 본 발명에 따른 써모레지스트 패턴을 적용하기 위한 패턴화 장치를 보여주는 블록 다이어그램이다.
도 4는 도너/기판 계면에서 구성 성분을 보여주는 횡단면 측면도로서 동일한 비율로 도시되지는 않았다.
도 5는 도너/기판 계면에서 구성 성분을 보여주는 선택적인 양태의 횡단면 측면도이다.
도 6은 본 발명의 방법 및 장치를 이용하여 표면 요소를 형성하기 위한 공정 단계를 보여주는 블록 다이어그램이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10: 패턴화 장치
12: 도너 요소
14: 레이저
18: 기판
22: 검류계
24: 렌즈
26: 레이저 빔
28: 컨트롤 로직 프로세서
30: 제어 선
32: 이동 단
34: 도너 지지체
36: 선-흡수 층
38: 레지스트 층
44: 전사된 레지스트 부분
68: 전사 층
70: 도너 시트
72: 지지체
74: 특징부
76: 과다 부분
78: 찢어진 부분
88: 이격자
92: 물질
94: 지지체
96: 트레이스(trace)
100: 패턴화 장치
110: 진입 단계
120: 써모레지스트 침착 단계
130: 도너 제거 단계
140: 물질 에칭 단계
150: 레지스트 에칭 단계
본 발명은 특히 본 발명에 따른 장치의 일부를 형성하는 구성 요소, 또는 본 발명에 따른 장치와 보다 직접적으로 협조하는 구성 요소에 관한 것이다. 특정하게 도시되거나 설명되지 않은 구성 요소는 당 분야의 숙련자에게 잘 공지된 다양한 형태를 취할 수 있음이 이해될 것이다.
배경 기술 부분의 초기에 설명된 접착 전사 방법과는 달리, 본 발명의 패턴화 방법은 열 또는 광학 에너지를 이용하여 레지스트 물질을 도너 요소로부터 패턴화되는 층 상으로 융제 전사시키는 방법을 이용한다. 이 방법에서, 도너 요소, 예를 들면 도너 시트 또는 (유기 또는 무기) 레지스트 물질로 코팅된 다른 제품을 물질(예를 들면 알루미늄) 층으로 패턴화될 리시버, 예를 들면 TFT 기판에 매우 가까운 부근으로 가져온다. 스캔된 레이저 빔(또는 레이저 헤드)은 레지스트 물질을 도너 요소에서 도너가 노출되는 곳이면 어디나 패턴 중의 리시버로 전사시킨다. 레지스트 패턴은 마스크를 통해 기판 상에 써질 수 있다. 다르게는, 디지탈 필기 또는 직접-필기 과정, 예를 들면 실리콘 웨이퍼(즉 마스크가 없는 석판술)에 이용되는 것들이 사용될 수 있다. 이 방식으로 형성된 레지스트 패턴은 대부분의 용도에서 추가로 처리되거나 경화될 필요가 없다.
도너 요소를 제거한 후, 기판은 계속해서 습윤 에칭 또는 플라즈마 에칭중 하나로 에칭된다. 종래의 에칭에서와 같이, 레지스트가 그 층을 보호하고 있지 않은 곳이면 어디서나 침착된 층이 제거된다. 그런 다음, 레지스트는 예를 들면 산소 플라즈마에 의해 스트리핑될 수 있고, 기판은 계속해서 추가의 패턴 침착과 같은 추가의 가공 단계로 진행될 수 있다.
상기 주어진 배경 기술에서는 도너 매질로부터 써모레지스트 물질을 접착 전사하는 것과 관련된 문제점이 개시되어 있다. 접착 전사에 본질적인 문제점들을 극복하기 위해서, 본 발명은 도너 매질로부터 리시버 기판으로 간극을 가로지른 융제 물질 전사를 이용한다. 용어 "융제 전사(ablative transfer)"는 넓게는 도너 매질로부터의 열-유도된 전사로 이해되고, 여기서, 도너 매질 성분의 적어도 일부는 기체 상태로 전환된다. 기체 상태로 전환되는 물질은 그 자체가 레지스트 물질일 수 있거나, 또는 융제 전사용 추진제로서 작용하는 도너의 일부 다른 구성 물질일 수 있다. 어느 경우에서든, 기체 형태로의 팽창은 융제 전사에서 전사 기작으로 작용하는 추진력을 생성시킨다. 융제 전사의 넓은 분류는 가열된 레지스트 도너 물질의 일부 또는 전부가 고체에서 증기로 전환되는 승화 전사를 포함한다. 융제 전사는 또한 분획화 전사 또는 미립자 전사를 포함하고, 여기서 도너 물질의 적어도 일부 부분은 실제로 기체 상태로 전환되지 않을 수 있지만, 도너의 일부 가열된 성분의 기체 형태로의 전환에 의해 효과적으로 분획화되거나 추진된다. 융제 전사에서, 도너 레지스트 물질은 도너 표면과 리시버 표면 사이의 간극을 가로질러 추진된다. 융제 전사의 증기화 및 기체 유동 기작으로 인해, 이 전사 방법은, 도너와 리시버 사이의 밀접한 접촉(즉, 간극이 없는)에 의존하고 도너와 리시버 사이에 레지스트 물질을 전달하는 일부 유형의 용융을 이용하는 종래의 접착 전사와는 차별화된다.
도너로부터 리시버 매질로의 착색제 전사를 지지하기 위해 초기 개발된 융제 전사 기법은, 도 1을 설명하면서 개시된 바와 같은 접착 전사에 본질적인 문제점들중 일부를 방지하기 위해, 도너와 리시버 표면 사이의 간극의 이점을 이용한다. 전사 공정에서, 침착되는 써모레지스트 물질 또는 추진제로서 작용하는 도너 중의 일부 다른 물질은 승화 또는 융제 상태로 가열되어 써모레지스트 물질을 용융시키기 보다는 도너의 적어도 일부 성분을 부분적으로 또는 완전히 증기화시킨다. 레이저 또는 다른 공급원에서 나온 적합한 가열 하에서, 생성된 증기 및/또는 융제된 고체는 부분적으로 또는 완전히 기체화된 형태로 도너로부터 리시버 표면으로 간극을 가로질러 이동한다. 리시버(기판(18))에서, 생성된 증기 및 융제된 고체의 침착은 써모레지스트 패턴을 형성하는 (도 2에 도시된 바와 같은) 표면 특징부(74)로 축적된다.
융제 전사에 이용될 수 있는 다수의 추진 물질이 있다. 추진 물질은 레이저 또는 광 공급원로부터 나와서 추진제 물질에 의해 흡수된 열이 기체 또는 증기를 생성하여 레지스트 물질이 간극을 가로질러 수용 기판으로 향하는데 필요한 힘을 제공할 수 있도록 도너 내에(예를 들면 도 4의 선-흡수 층(36)에) 배치될 것이다. 이 작용에 적합한 물질은 폴리사이아노아크릴레이트(PCyA) 및 말레산 무수물의 공중합체(간트레즈 레진즈(Gantrez Resins))를 포함한다. 다른 유형의 중합체 또한 적합할 수 있다.
이제 도 3을 살펴보면, 본 발명의 융제 전사에 따라 도너 시트와 같은 도너 전사 요소(이는 이후에는 도너 요소(12)로 언급될 것이다)로부터 기판(18) 상으로 물질을 전사하기 위한 패턴화 장치(100)가 도시되어 있다. 패턴화 장치(100)의 레이저(14)는 다이오드 레이저이거나, 또는 레이저 빔(26)을 생성하는 임의의 다른 고출력 레이저일 수 있다. 본 발명에서는 하나 이상의 레이저(14) 또는 레이저 빔(26)을 동시에 이용할 수 있다. 레이저 빔(26)을 스캔하여 레이저 빔(26)과 도너 요소(12) 사이의 상대적인 이동을 제공하기 위해, 이동할 수 있는 거울을 포함하는 검류계(22)가 빔을 f-쎄타 렌즈(24)를 통해 스캔하여 방향 X로 스캔 선을 형성한다. 당해 분야의 숙련자는 레이저 빔의 스캔이 또한 다른 종류의 이동가능한 반사 표면, 예를 들면 거울 면을 갖는 회전 다면체, 또는 회전 회절 그레이팅과 같은 다른 장치에 의해 달성될 수 있음을 이해할 것이다. 다르게는, 필요한 상대적 이동은 레이저 빔(26)에 대해 기판(18)을 움직임으로써 제공될 수 있다.
도 3에 도시된 양태에서, 도너 요소(12)와 기판(18)은 전체 면적이 스캔될 수 있게 하는 이동 단(32)에 의해 방향 (Y)로 수송되고, 이 방향은 스캔 선에 대해 수직이다. 스캔에서 임의의 점에서 빔(26)의 강도는 컨트롤 로직 프로세서(28)로부터의 지시를 이용하여 레이저 파워 컨트롤 라인(30)에 의해 제어된다. 다르게는, 레이저 빔(26)의 강도는 레이저 광학 분야의 숙련자에게 잘 공지된 음향광학 변조기(도시되지 않음)와 같은 별개의 변조기에 의해 제어될 수 있다. 다른 양태에서, 기판(18)은 정지상으로 남아있고, 레이저 라이팅(writing) 장치가 움직이거나 레이저 빔(26)이 광학적으로 방향을 바꿀 수 있다. 중요한 특징은 전체 면적이 스캔될 수 있도록 레이저 빔(26)과 기판(18) 사이에 상대적인 이동이 있다는 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 도너 요소(12)는 디스플레이 기판(18)에 대해 전사 관계로 위치된다. 도너 요소(12)와 기판(18)의 구조, 재료 및 제조는 하기에 보다 상세하게 논의될 것이다. 도너 요소(12)와 기판(18)은, 클램프를 이용하거나, 압력을 가하거나, 접착제 등에 의해 제 위치에서 유지될 수 있고, 도너 요소(12)와 기판(18)중 하나 또는 둘 모두가 선택적으로 가열된다. 이 위치 고정에 대한 한 예는 통상적으로 양도된 미국 특허 제 6,695,029 호(필립스(Philips) 등)에 개시되어 있고, 이는 본원에 참고로 인용되어 있다. 불활성 대기, 예를 들면 질소 또는 아르곤 하에서, 또는 진공 하에서 전사가 수행되는 것이 바람직하다. 도 3 및 4에 도시된 바와 같이, 도너 요소(12), 및 물질 전사가 요구되는 기판(18) 부분 사이에 간극(G)이 유지된다. 이격자(88), 예를 들면 매립된 비드 또는 다른 이격 요소가 간극(G)을 유지시키기 위해 사용된다.
도 3과 도 4 둘 모두를 설명하자면, F-쎄타 렌즈(24)는 레이저 빔(26)의 초점을 도너 요소(12)의 선 흡수 층(36) 상에 맞추고, 검류계(22)는 빔을 스캔한다. 레이저 빔(26)은, 써모레지스트 층(38)(이는 또한 레지스트 층으로 불린다) 중의 물질이 디스플레이 기판(18) 쪽으로 추진되고, 이에 의해 기판(18) 상에 전사된 레지스트 부분(44)을 형성할 수 있는 융제 전사를 야기하기에 충분히 높은 온도로 선 흡수 층(36)을 가열하기에 충분한 파워를 가져야만 한다. 도 4에서는 형성될 특징부(74)가 점선으로 나타난다.
한 양태에서, 융제 전사는 써모레지스트 층(34) 중의 물질의 부분적 또는 완전한 증기화에 의해 발생하고 후속적으로 디스플레이 기판(18)으로 침착된다. f-쎄타 렌즈(24)의 점 크기 기하학은 전사될 써모레지스트 층(38)의 면적을 나타낸다. 레이저 빔(26)이 주어진 스캔 속도에 충분한 파워를 갖는 경우, 점 크기가 써모레지스트 층(38)의 조사된 부분에서 나온 물질이 도너 요소(12)로부터 간극(G)을 가로질러 기판(18) 상의 "픽셀"과 유사한 지정된 면적으로 선택적으로 전사되게 배열된다. 도 3에서, 레이저 빔(26)은 2개의 이격된 화살표로 표시된다. 예시 편의상, 레이저 빔(26)이 2개의 서로 다른 부분(여기서 레지스트 층(38)의 일부를 전사하기 위해 켜진다) 사이를 실제로 이동한 것으로 이해되어야만 한다.
바람직한 양태(도 3)에서, 레이저 빔(26)은 도너 요소(12)를 가로질러 검류계(22)에 의해 연속적으로 스캔되고, 레이저 파워는 컨트롤 로직 프로세서(28)에서 나오는 지시에 의해 조절된다. 도너 요소(12) 상으로 입사되는 레이저 파워의 조절은 선택된 스캔 영역에서 써모레지스트 층(38)의 선택가능한 양의 레지스트 물질을 기판(18)으로 전사할 수 있게 한다. 바람직한 양태에서는, 레지스트 층(38)의 물질 대부분 또는 전부가 기판(18)으로 전사된다.
레이저(14)는 레지스트 층(38)의 써모레지스트 물질의 조성물과 맞도록, 그리고, 선-흡수 층(36)에서 융제 전사에 이용되는 다른 물질과 맞도록 일치되어야만 한다. 사용될 수 있는 대부분의 유형의 써모레지스트의 경우, 레이저(14)는 적외선 고체-상태 레이저, 네오디늄 YAG 레이저 또는 레지스트 층을 전사시키기에 충분한 파워를 제공하는 임의의 다른 레이저일 수 있다. 필요한 파워는 선-흡수 층(36)의 흡수를 레이저(14) 파장에 일치시키는데 달려있다. 점 형태는 작은 선을 쓸 수 있는 타원형일 수 있지만, 통상적으로 양도된 미국 특허 제 6,252,621 호(케슬러(Kessler) 등)(이의 개시는 본원에 참고로 인용되어 있다)에 개시된 바와 같은 저가의 멀티모드 레이저를 이용할 수도 있다.
바람직한 양태에서, 전사 공정에 이용되는 도너 요소(12)는 레이저 광에 전달성인 도너 지지체(34), 레이저 광을 열로 전환시키는 전사 보조용 선-흡수 층(36) 및 전사되는 레지스트 층(38)을 포함한다. 다른 양태에서, 레지스트 층(38)은 또한 층(36)에 추가하여 선-흡수 층으로 작용할 수 있거나, 또는 다르게는 층(36)은 제거될 수 있다. 또다른 대안으로서, 지지체 층(34)은 또한 선-흡수 층으로 작용할 수 있고, 다른 층(36)은 제거될 수 있다. 본 발명에서 이용될 수 있는 도너 지지체 및 선 흡수 물질의 예는 미국 특허 제 4,772,582 호(드보어(DeBoer))에서 발견될 수 있다. 도너 지지체(34)는 광에서 열로 유도되는 전사동안 구조 일체성을 유지할 수 있어야만 한다. 이러한 요구 조건을 만족하는 지지체 물질은 예를 들면 유리, 금속 호일, 플라스틱 (중합체) 호일 및 섬유 강화된 플라스틱 호일을 포함한다. 플라스틱 호일은 대부분의 용도에 매우 유리하다. 적합한 지지체 물질은 공지된 엔지니어링 방법을 이용하여 입사 레이저 선을 취급하기에 적합한지에 따라 선택될 수 있지만, 선택된 지지체 물질의 다른 측면이 본 발명의 도너 지지체로서 배열하고자 할 때 특히 고려할 만한 장점이 될 수도 있다. 예를 들면 일부 지지체 물질은 전사가능한 레지스트 물질로 미리 코팅되기 전에 다단계 세정 및 표면 제조 공정을 요구할 수 있다.
선-흡수 층(36)에 이용되는 물질은 통상적으로 양도된 미국 특허 제 4,973,572 호(드보어) 및 제 5,578,416 호(튜트(Tutt))에서 특정된 염료와 같은 염료, 또는 카본 블랙과 같은 안료일 수 있다. 선-흡수 층(36)은 금속, 예를 들면 크롬, 니켈 또는 티탄이거나, 또는 반사방지성에 의해 선을 흡수하는 물질의 적층체일 수 있다. 주된 기준은 선-흡수 층(36)이 주어진 파장에서, 레지스트 층(38)으로부터 물질을 전사하기에 충분히 높은 강도에서 레이저 광을 흡수하는 것이다. 이 전사 효율은 레이저 성능, 점 크기, 빔 오버랩 및 다른 인자에 의존하는 것으로 잘 알려져 있다. 일반적으로, 선-흡수 층(36)의 광학 밀도는 0.1 이상(광의 20%가 흡수된다)이어야만 한다.
광-흡수 물질을 갖는데 추가하여, 선-흡수 층(36)은 바람직하게는 중합체 결합제 또는 무정형 유기 고체를 함유할 수 있다. 이들 결합제 및 고체는 바람직하게는 열분해성이거나 기체-생성 물질이고, 예를 들면 폴리사이아노아크릴레이트, 나이트로셀룰로즈, 말레산 무수물의 공중합체, 및 본원에 참고 문헌으로 언급된 미국 특허 제 6,190,827 호(바이드너(Weidner)) 및 미국 특허 제 6,165,671 호(바이드너)에 레이저 도너 요소중의 추진제 층의 성분으로 개시된 물질이다. 선-흡수 층(36)은 또한 층의 물리적 일체성을 보증하는데 필요한 다른 중합체 및 유기 고체를 함유할 수 있다.
레지스트 층(38)은 중합체 결합제, 무정형 유기 고체 및 입자 또는 구형 비드를 포함할 수 있다. 다르게는, 레지스트 층(38)은 또한 이들 물질과 선-흡수 물질의 혼합물, 및 선-흡수 층(36)에 대해 개시된 바와 같은 열 분해성 물질을 함유할 수 있다.
층(38)의 중합체 결합제는 석판 공정에서 레지스트 성질을 제공하는 것으로 알려진 중합체, 예를 들면 매사추세츠주 말보로 소재의 쉽리 캄파니(Shipley Company)의 쉽리 G-라인 또는 마이크로포짓(Microposit, 등록상표)을 포함할 수 있고, 물질, 예를 들면 폴리메타크릴레이트 및 아크릴레이트, 폴리스타이렌, 및 뷰타다이엔, 아크릴레이트 및 메타크릴레이트와의 공중합체, 아크릴로나이트릴, 폴리에스터, 폴리아마이드, 폴리이미드, 폴리비닐클로라이드 및 비닐 아세테이트와의 공중합체, 폴리비닐 에스터, 폴리우레탄, 폴리비닐 아세탈 및 뷰티랄, 에폭사이드, 폴리이미드, 노볼락 수지, 폴리비닐 페놀 수지 등을 포함한다.
레지스트 층(38)의 무정형 유기 고체는 이전에 언급된 미국 특허 제 6,165,671 호에 개시된 바와 같은 단량체 수지, 예를 들면 수소화된 로진 에스터, 부분적으로 수소화된 로진 에스터 및 유사한 로진 에스터일 수 있다. 시판되는 물질은 수소화된 목재 로진의 글라이세롤 에스터, 예를 들면 스테이벨라이트 에스터(Staybellite Ester) 10(헤르큘레스(Hercules)), 수소화된 로진의 글라이세롤 에스터, 예를 들면 포랄(Foral) 85(헤르큘레스) 및 개질된 로진의 펜타에리트리톨 에스터, 예를 들면 펜탈린(Pentalyn) 344(헤르큘레스)를 포함한다. 층(38)의 무정형 유기 고체는 또한 통상적으로 양도된 미국 특허 제 5,891,602 호(뉴만(Neumann))에서 염료 도너 레이저 전사 시트 중의 결합제 성분으로 개시된 단량체성 유리질 고체를 포함할 수 있다. 층(38)의 무정형 유기 고체는 또한 약 4000 미만의 분자량을 갖는 다량체 수지, 예를 들면 폴리에스터 톤(tone) 260일 수 있다.
이격 요소
도너 요소(12)와 기판(18) 사이에서 사용되는 입자, 비드 또는 다른 이격 요소, 예를 들면 도 4의 이격자(88)는 조성물중의 유기물 또는 무기물 중 하나인 다수의 규칙적이거나 불규칙적인 형태 또는 구형의 입자중 임의의 것일 수 있다. 이격 요소는 약 0.1 내지 100마이크론 사이의 크기일 수 있고, 바람직하게는 직경이 약 1 내지 20마이크론의 범위인 약간 균일한 크기이다.
도너 요소(12)와 기판(18) 사이의 간극 (G)을 유지하기 위한 이격자의 사용은 통상적으로 양도된 미국 특허 공개 제 2003/0162108 호(버버리 등)에 보다 상세하게 개시되어 있고, 이의 개시 내용은 본원에 참고로 인용되어 있다. 이격 비드의 예는 미국 특허 제 4,876,235 호(드보어)에 개시되어 있다.
이격자(88) 또는 다른 이격 요소는 레지스트 층(38)에 매립될 수 있거나, 또는 선-흡수 층(36) 또는 도너 지지체(34) 내부에서 형성될 수 있거나, 이들 세 층의 임의의 조합 내에서 형성될 수 있다. 이격 요소는 다르게는 기판(18)의 표면상에서 형성될 수 있거나, 또는 레지스트 패턴 전사 공정 이전에 어느 한 표면 상으로 도입될 수 있다. 또다른 대안으로서, 도너 요소(12) 또는 기판(18) 중 어느 하나의 조도를 이용하여 간극(G)을 제공할 수 있다.
도너 요소(12)의 임의의 층은, 이미 개시된 물질에 추가하여, 코팅 보조제로서 필요하고 표면 성질의 개질을 위해 사용되는 표면 활성제, 제조된 장치의 물리적 일체성 및 조작에 필요한 경화제, 접착 촉진제 등을 포함할 수 있다. 공정 시각화를 제공하기 위해 염료와 안료 또한 도너 요소(12)의 임의의 층에 첨가될 수 있다.
도너 요소(12)와 기판은 금속 또는 중합체 필름과 같은 시트 물질을 포함하는 임의의 자가 지지 물질일 수 있다. 본 발명의 바람직한 양태에서, 리시버 지지체는 폴리에스터(예를 들면 에스타(Estar, 등록상표))이다.
패턴화될 수 있는 물질의 예는 모두 에칭가능한 금속 또는 도체, 반도체, 유전체 및 중합체이다. 하기 실시예는 써모레지스트와 레이저 에칭을 이용하여 패턴화될 수 있는 물질을 보여준다. 이들 레지스트와 함께 흔히 사용되는 일부 금속 또는 도체는 알루미늄, 티탄, 은, 금, 크롬, 주석, ITO, 백금 등이다. 흔히 사용되는 반도체는 폴리규소, 무정형 규소, 도핑된 규소, 갈륨 아르세나이드(GaAs), 갈륨 나이트라이드(GaN), 인듐 안티모나이드(InSb), 게르마늄 등을 포함한다. 일부 흔히 사용되는 유전체는 질화규소, 산화규소, 산화질화규소, 금속 산화물(산화알루미늄, 산화티탄을 포함한다), 및 벤조사이클로뷰텐(BCB), 스핀-온 유리, 아크릴, 테플론, 폴리이미드를 포함하는 유기 물질 등의 조합의 단층 또는 다층을 포함한다. 흔히 사용되는 중합체는 셀룰로즈 트라이아세테이트, 폴리티오펜 등을 포함한다.
리시버 기판은 예를 들면 금속, 유리, 규소 및 중합체 필름을 포함하는 임의의 자가-지지 물질일 수 있다. 본 발명의 한 양태에서, 기판(18)은 유리이다.
전사 대기는 진공, 대기압, 또는 초저 습도 환경일 수 있다. 조명은 완전히 어둡거나, 황색 광(UV 아님), 전체 스펙트럼의 광 또는 형광 또는 백열 조명이 있는 표준 실내 조명일 수 있다.
사용되는 에칭 공정은 진공에서, 반응성 이온 에칭을 이용한 플라즈마를 이용하여, 플라즈마 토치를 이용하거나 습윤 에칭을 이용하여 수행될 수 있다. 플라즈마 에칭에 이용되는 에칭 기체의 예는 Cl2, BCl3, SF6, O2, H2, CH4, 클로로포름 및 N2를 포함한다. 예시적인 습윤 에칭은 HCl, 질산, 아세트산, 인산, 염화제2철 및 질화제2철을 포함한다.
실시예 1
다이하이드록시다이옥세인으로 경화된 0.43g/m2의 젤라틴 하부 층을 함유하는 102마이크론 폴리에틸렌 테레프탈레이트 지지체를 포함하는 도너 요소를 후속적으로 사이클로펜탄온, N-메틸피롤리돈 및 0.01% 계면활성제 실웨트(Silwet) L7001(지이 실리콘스)을 갖는 메탄올의 혼합물로부터 (0.332g/m2) 폴리사이아노아크릴레이트와 (0.054g/m2) 일반식
Figure 112008022761932-PCT00002
의 IR 염료 1을 함유하는 전사 보조 층으로 코팅시켰다.
그런 다음, 이 조립체를 메틸 에틸 케톤과 에틸 알콜의 혼합물로부터 (1.08g/m2) 포랄 85(수소화된 로진 에스터, 헤르큘레스 코포레이션) 결합제, (1.08g/m2) 데이글로 코포레이션(DayGlo Corporation)의 유기 안료 T-11(4 내지 5마이크론 직경의 열경화 수지 비드 중의 고체 염료 용액), (0.118g/m2) 폴리비닐 뷰티랄, (0.027g/m2) 로다민 6G 염료 및 DC1248(다우 코닝(Dow Corning)), 용액의 0.02중량%의 실리콘 계면 활성제를 포함하는 레지스트 전사 층으로 오버코팅하였다.
레지스트 코팅된 면이 기판 표면 상의 알루미늄에 인접하도록 도너 요소(12)를 기판(18)(이는 500Å의 알루미늄으로 코팅된 유리 플레이트로 구성된다) 상에 위치시켰다. 적외선 레이저 빔을 이용하여 기판(18)을 통해 도너 요소(12)를 조사함으로써 도너 요소(12)로부터 기판(18)으로 써모레지스트 물질을 레이저 전사시켰다. 빔 크기는 넓은 빔 방향을 따라 1/e2 점 스캔으로 약 16㎛ X 80㎛이었다. 적합한 파워 밀도를 이용하였을 때 잔류 시간은 27마이크로초이었다. 전사는 레지스트 물질로 커버되는 것이 요구되는 영역에서 수행되었고, 여기에서 알루미늄이 에칭 후에 남았다.
레지스트 전사 후에 도너 요소(12)는 제거되었고, 시료를 캘리포니아주 프레몬트 소재의 램 리써치 코포레이션(Lam Research Corporation)의 제품인 램 모델 4600 염소계 플라즈마 에칭 기구에 두었다. 패턴을 금속 층으로 에칭하였다. 그런 다음, 시료를 산소 플라즈마 애숴(asher)에 두고 남아있는 써모레지스트 물질을 제거하였다. 이 공정은 레이저 레지스트 패턴을 알루미늄으로 전사시켰다. 레지스트를 제거하면 완전 건조 패턴 공정을 이용하여 높은 충실성을 갖는 알루미늄 패턴이 생성되었다. 비드가 전사 공정을 차폐한 부분에서 일부 핀홀이 관찰되었다.
실시예 2
본 2회 통과 실시예의 경우, 실시예 1의 단계를 1회 통과에서 완료하였다. 그런 다음 두번째 통과로서 제 2 레지스트 물질을 적용하고, 이번에는 도너 요소(12)와 기판(18) 사이에 이격자 입자나 비드가 사용되지 않았다. 이는, 첫번째 통과에서 형성된 현존하는 구조체가 필요한 간극(G)을 제공하기 때문에 허용가능하다(도 4). 즉, 두번째 통과의 경우, 첫번째 통과동안 형성되었던 현존하는 표면 특징부(74)가 이격자로서 효과적으로 작용하여 도 4에 도시된 바와 같이 이격자(88)에 대한 필요성이 없어졌다. 두번째 통과를 위한 도너 요소(12)는 4밀 PET 지지체를 이용하였고, 이 지지체는 n-뷰탄올과 n-프로필 아세테이트의 혼합물로 코팅된 테트라뷰톡시 티타네이트(듀퐁(Dupont)의 티조(Tyzor) TBT)의 제 1 하부 층, 및 MIBK(40%), n-프로필 아세테이트(20%), 프로필렌 글라이콜 모노메틸 에터(20%) 및 메탄올(10%)의 혼합물로 코팅된 0.16g/m2의 셀룰로즈 아세테이트 프로피온에이트, 0.054g/m2의 IR-2, 0.077g/m2의 일반식
Figure 112008022761932-PCT00003
의 시안 염료 1, 0.075g/m2의 일반식
Figure 112008022761932-PCT00004
의 마젠타 염료 1, 0.069g/m2의 일 반식
Figure 112008022761932-PCT00005
의 옐로우 염료 1의 제 2 전사 층으로 코팅되었다.
이 제 2 레지스트 전사는 제 2 전사가 제 1 패턴과 정확하게 일치하도록 제 1 레지스트 상에 직접 적용된다. 레이저 단 플랫폼으로부터 리시버 기판(18)을 제거하지 않으면서 제 1 도너 요소(12)를 제 2 도너 요소(2)로 대체한 후, 제 1 패턴에 사용된 것과 동일한 패턴을 이용하여 레이저-활성화 전사시킴으로써 인쇄 정합(registration)시켰다. 제 2 전사 후에, 디스플레이 기판을 실시예 1에서와 동일하게 염소 에칭시키고 O2 플라즈마 세정시켰다. 이 제 2 전사는 비드 차폐를 완화시켜 결과적으로 도체 선 품질을 개선시켰다.
실시예 3
이 실시예는 (i) 유리 기판상의 코팅된 물질이 폴리 규소이고, (ii) 에칭 기체 대기가 육불화황이라는 점을 제외하고는 실시예 1 또는 2에서 개시된 것과 동일한 공정 단계를 따랐다.
실시예 4
이 다음 실시예를 위해, 실시예 1의 도너 요소(12)와 선 흡수 층(36)에 오버코트를 적용하였다. 오버코트는 1.51g/m2의 스테이빌라이트(Staybilite) 10(로진 에스터), 0.116g/m2의 폴리비닐뷰티랄, 0.016g/m2의 IR 염료 2, 0.054g/m2의 시안 염료 1, 0.038g/m2의 다이비닐벤젠 비드(4마이크론 직경) 및 코팅 용액 중의 0.036중량%인 다우 코닝의 DC1248 계면활성제를 포함하는 써모레지스트 전사 층이었고, 메틸에틸 케톤 용매를 사용하였다. 이 층을 실시예 1에서처럼 기판(18)으로 패턴 전사시켰고, 실시예 2에서와 같이 제 2의 동일한 패턴을 분리 요소없이 전사시켰다. 실시예 1 및 2에서와 같이 염소 에칭 후에 O2 플라즈마 세정하여 알루미늄 도체 패턴을 제공하였다.
관찰
다양한 양태에서 전사 써모레지스트 층(38)은 분자량이 1000 내지 2백만, 바람직하게는 50,000 내지 200,000인 하나 이상의 중합체 수지를 1 제곱 미터당 10g, 바람직하게는 1 내지 2g 포함한다. 전사 써모레지스트 층은 250 내지 1000의 전형적인 분자량 및 25 내지 175℃, 바람직하게는 40 내지 100℃의 전형적인 유리 전이 온도를 갖는 단량체 유리로 구성될 수 있다. 이격자(88)로서(도 4), 전사 써모레지스트 층은 전형적으로 1 내지 10마이크론, 바람직하게는 1 내지 5마이크론의 직경을 갖는 비드를 포함할 수 있다. 전술된 바와 같이 탄소와 같은 임의의 물질의 비드를 사용할 수 있었다.
실시예 2와 후속적인 실시예에서 보여주는 바와 같이, 본 발명의 방법을 이용하여 여러 번 통과 침착(각각의 통과에 신선한 도너 요소(12)를 이용한다)을 수행하는 경우 상당한 가치가 있을 수 있다. 레이저 빔(26)에 의해 그려지는 패턴은 제 1 통과, 제 2 통과 및 임의의 후속적인 통과에 대해 동일하다. 여러 번 통과 침착시키는 이점은 이격자(88)에 의해 야기되는 차폐 효과에 관한 것이다. 즉, 미립자 이격자(88)가 특징부(74)의 일부를 막는 곳에서는 작은 "핀홀"이 생성될 수 있어 전사 레지스트 층(44)(도 4)이 단일 통과로는 적절하게 형성될 수 없다. 이격자(88)가 제 2 통과를 위해 사용되는 경우, 기판(18)의 동일한 영역이 2번의 연속적인 통과시 이격자(88)에 의해 차단될 가능성은 낮다.
제 2 및 후속적인 통과를 위한 이격자(88)에 대한 대안이 상기 실시예 2에 언급되어 있다. 즉, 일단 특징부(74)의 일부 부분이 침착되면, 기판(18)의 표면은 이격자(88) 없이도 충분한 간극(G) 거리를 유지할 수 있을 수 있다. 또다른 양태에서는, 기판(18)의 표면 또는 도너 요소(12)의 표면중 어느 하나에서 표면 조도 그 자체에 의해 이격 요소가 제공될 수 있다. 한 양태에서는, 도 5에 도시된 바와 같이, 레지스트 층(38)의 표면은 피크(84)를 그 특징으로 하여, 도너 요소(12)가 기판(18) 상에서 그 자체를 효과적으로 지지하여 간극(G)을 유지할 수 있다.
도너 요소(12)와 리시버 기판(18) 사이의 간극(G)을 유지시킴으로써, 본 발명의 융제 전사 방법은 다른 전사 방법, 예를 들면 전술된 배경 기술 부분에 개시된 접착 전사 방법에 비해 이점을 제공한다. 한가지 중요한 이점은 단열에 관한 것이다. 전사를 수행하기 위해 생성된 열은 간극(G) 내부에서 공기나 다른 기체에 의해 리시버 기판(18)의 표면에 도달하기 전에 효과적으로 완충되거나 절연된다. 기판(18)의 열 전도성이 높은 경우, 예를 들면 금속 물질의 경우, 이는 특히 유리하다. 매우 열 전도성인 표면은, 심지어 일부 경우에 전사를 억제하더라도, 전사 영역으로부터 과다한 양의 열을 끌어올 수 있다. 또한 이 본질적인 단열으로 인해 융제 전사가 열에 민감할 수 있는 유기 물질 또는 가요성 기판을 이용하는 용도에 보다 더 바람직하다. 융제 전사의 또다른 이점은, 도 2에서 접착 전사에 대해 개시한 바와 같이, 도너 물질이 잘못된 표면에 달라붙은 경향에 관한 것이다. 융제 전사에서, 간극 거리는 도너와 수용 표면 사이에서 유지되고, 침착된 도너 물질과 침착되지 않은 도너 물질 사이의 임의의 결합을 최소화하여, 도너 시트가 잡아 당겨질 때 도너 물질이 우연히 수용 표면으로부터 제거되거나 과다한 도너 물질이 도너 요소로부터 제거되어 수용 표면에 매달리는 경향을 감소시키거나 제거한다.
제작 시스템
도 6을 설명하자면, 본 발명의 방법을 이용하여 물질(92)의 패턴을 기판(18) 상으로 적용하기 위한 제작 시스템에 이용되는 단계들의 블록 다이어그램이 도시되어 있다. 이런 제작 시스템에 의해 수행되는 공정은 건조 제작 공정이고, 건조 단계, 액체 에칭제 및 액체 코팅 공정이 없다. 진입 단계(110)에서, 기판(18)은 물질(92)로 코팅된 지지체(94)를 갖는다. 써모레지스트 침착 단계(120)에서, 도너 요소(12)는 기판(18)에 인접하게 위치되고 간극(G)에 의해 기판으로부터 분리된다. 레이저(14)는, 도시된 실시예에서 트레이스 선(trace line)인 특징부(74)를 라이팅하고, 써모레지스트 물질을 도너 요소(12)로부터 기판(18) 상으로 전사시킨다. 도너 제거 단계(130)에서, 도너 요소(12)를 제거한다. 써모레지스트 침착 단계(120) 및 도너 제거 단계(130)는 전술된 바와 같이 여러 번 반복될 수 있다. 물질 에칭 단계(140)는 써모레지스트에 의해 보호되는 부분, 즉 특징부(74) 아래 부분을 제외 하고 물질(92)을 지지체(94) 표면으로부터 에칭한다. 레지스트 에칭 단계(150)에서, 특징부(74)는 그 자체가 표면으로부터 에칭되어 트레이스(96)나 또는 원래 물질(92)로 제조된 다른 패턴화된 요소를 남긴다.
도 6의 순서는 매우 단순화되어 단일 요소를 기판(18)으로 형성하는 기본 단계만을 보여준다. 미세 제작 분야의 숙련자에게 자명한 바와 같이, 도 6에서 도시된 공정은 회로 성분을 기판(18) 상에 형성시키기 위해 여러 번 반복될 것이다.
대부분의 써모레지스트가 IR 또는 근적외선 조사에 의해 활성화되지만, 이 방법은 또한 충분히 강한 가시광 또는 UV 광에 의해 활성화된 써모레지스트를 이용하여 사용될 수 있다. 레이저 스캐닝 기작은 예를 들면 진공 드럼과 같은 드럼 양태 뿐 아니라 편평한 압반(platen)을 포함할 수 있다. 열경화 침착에 이어(도 6의 경우, 써모레지스트 침착 단계(120) 후에) 에칭제의 이용을 포함하는 보조 세정 단계가 필요할 수 있다. 본 발명의 방법은 가공되는 장치에 가장 적합한 플라즈마 또는 액체 에칭제중 하나를 이용할 수 있다. 물질(92)(도 6)은 예를 들면 금속, 유기 또는 무기 반도체, 또는 유기 또는 무기 유전 물질일 수 있다.
따라서, 융제 레이저 전사에 의해 형성된 레지스트를 사용하는 건조 공정을 이용하여 마이크로 전자 소자를 제조하는 장치 및 방법이 제공된다.

Claims (44)

  1. a) 써모레지스트 물질 층을 포함하는 도너 요소를 기판에 인접하게 위치시키는 단계;
    b) 상기 써모레지스트 물질 층의 표면이 다수의 이격 요소에 의해 상기 기판 표면으로부터 이격되어 위치하도록 간극을 유지시키는 단계; 및
    c) 열 에너지를 레지스트 패턴에 따라 상기 도너 요소 쪽으로 향하게 함으로써, 상기 도너 요소로부터 써모레지스트 물질의 일부를 융제 전사에 의해 간극을 가로질러 기판 상에 전사시키고 침착시켜 레지스트 패턴을 형성하는 단계
    를 포함하는, 레지스트 패턴의 형성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이격 요소가 기판 표면 상의 입자인, 레지스트 패턴의 형성 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 이격 요소가 써모레지스트 물질 층 표면 상의 입자인, 레지스트 패턴의 형성 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 이격 요소가 기판 표면 상의 마이크로비드인, 레지스트 패턴의 형성 방 법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 이격 요소가 써모레지스트 물질 층 표면상의 마이크로비드인, 레지스트 패턴의 형성 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 이격 요소가 써모레지스트 물질 층 표면 상의 유기 입자인, 레지스트 패턴의 형성 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 이격 요소가 기판 표면에 매립된 마이크로비드인, 레지스트 패턴의 형성 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 이격 요소가 써모레지스트 물질 층 표면에 매립된 마이크로비드인, 레지스트 패턴의 형성 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 이격 요소가 기판 표면 상의 표면 특징부(feature)인, 레지스트 패턴의 형성 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    이격 요소가 써모레지스트 물질 층 표면 상의 표면 특징부인,레지스트 패턴의 형성 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    열 또는 압력 또는 열과 압력 둘 모두를 적용시켜 상기 도너 요소와 기판 사이의 접촉을 향상시키는, 레지스트 패턴의 형성 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 도너 요소가 지지체, 전사 보조 층 및 전사 써모레지스트 층을 포함하는, 레지스트 패턴의 형성 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 전사 써모레지스트 층의 두께가 0.25 내지 10마이크론인, 레지스트 패턴의 형성 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 전사 써모레지스트 층이 중합체 수지, 단량체 유리, 광을 열로 전환시 키는 물질 및 비드를 포함하는, 레지스트 패턴의 형성 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 전사 보조 층이 중합체 결합제, 광을 열로 전환시키는 물질, 기체 생성제 및 비드를 포함하는, 레지스트 패턴의 형성 방법.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 전사 보조 층이 무기 졸-겔을 포함하는, 레지스트 패턴의 형성 방법.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 전사 써모레지스트 층이 1000 내지 2백만, 바람직하게는 50,000 내지 200,000의 분자량을 갖는 하나 이상의 중합체 수지를 10g/m2, 바람직하게는 1 내지 2g/m2 포함하는, 레지스트 패턴의 형성 방법.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 전사 써모레지스트 층이 250 내지 1000의 분자량 및 25 내지 175℃, 바람직하게는 40 내지 100℃의 유리 전이 온도를 갖는 단량체 유리를 포함하는, 레지스트 패턴의 형성 방법.
  19. 제 12 항에 있어서,
    상기 전사 써모레지스트 층이, 염료, 안료, 탄소 또는 금속을 포함하는, 광을 열로 전환시키는 물질인,레지스트 패턴의 형성 방법.
  20. 제 12 항에 있어서,
    상기 전사 써모레지스트 층이 직경 1 내지 10마이크론, 바람직하게는 1 내지 5마이크론의 비드를 포함하는, 레지스트 패턴의 형성 방법.
  21. 제 12 항에 있어서,
    상기 전사 써모레지스트 층이 탄소 비드를 포함하는, 레지스트 패턴의 형성 방법.
  22. 제 1 항에 있어서,
    상기 써모레지스트 물질 패턴을 광학 선(optical radiation)에 의해 전사시키는, 레지스트 패턴의 형성 방법.
  23. 제 1 항에 있어서,
    상기 써모레지스트 물질 패턴을 가열에 의해 전사시키는, 레지스트 패턴의 형성 방법.
  24. 제 1 항에 있어서,
    상기 써모레지스트 물질 패턴을 압력에 의해 전사시키는, 레지스트 패턴의 형성 방법.
  25. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 에너지를 레지스트 패턴에 따라 도너 요소 쪽으로 향하게 하는 단계가, 마스크를 이용함을 포함하는, 레지스트 패턴의 형성 방법.
  26. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 에너지를 레지스트 패턴에 따라 도너 요소 쪽으로 향하게 하는 단계가, 레이저에 전류를 인가함을 포함하는, 레지스트 패턴의 형성 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 레이저가 주로 근적외선 파장을 방출하는, 레지스트 패턴의 형성 방법.
  28. 제 1 항에 있어서,
    상기 이격 요소가 도너 요소의 표면에 형성되는, 레지스트 패턴의 형성 방법.
  29. 제 1 항에 있어서,
    상기 레지스트 패턴에 의해 커버되지 않은 상기 물질 층을 플라즈마 에칭시키는, 레지스트 패턴의 형성 방법.
  30. 제 1 항에 있어서,
    진공을 가하여 상기 도너 요소와 기판 사이의 접촉을 향상시키는, 레지스트 패턴의 형성 방법.
  31. 제 12 항에 있어서,
    상기 전사 보조 층이 폴리사이아노아크릴레이트(PCyA)를 포함하는, 레지스트 패턴의 형성 방법.
  32. 제 12 항에 있어서,
    상기 전사 보조 층이 말레산 무수물의 공중합체를 포함하는, 레지스트 패턴의 형성 방법.
  33. a) 써모레지스트 물질 층을 포함하는 도너 요소를 기판에 인접하게 위치시키는 단계;
    b) 상기 써모레지스트 물질 층의 표면이 다수의 이격 요소에 의해 기판 표면으로부터 이격되어 위치하도록 간극을 유지시키는 단계;
    c) 열 에너지를 레지스트 패턴에 따라 상기 도너 요소 쪽으로 향하게 함으로 써, 상기 도너 요소로부터 써모레지스트 물질의 일부를 융제 전사에 의해 간극을 가로질러 기판 상에 전사시키고 침착시켜 레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    d) 상기 도너 요소를 제거하는 단계;
    e) 상기 기판을 에칭하여 레지스트 패턴에 의해 커버되지 않은 물질을 제거하는 단계; 및
    f) 상기 레지스트 패턴을 제거하는 단계
    를 포함하는, 마이크로 전자 소자의 제조 방법.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 패턴을 포토마스크로부터 광학 전사시키는, 제조 방법.
  35. 제 33 항에 있어서,
    상기 패턴을 광학 조절되는 광 빔으로부터 직접 라이팅(writing)하는, 제조 방법.
  36. 제 33 항에 있어서,
    상기 방사 에너지를 향하게 하는 단계가 레이저에 전류를 인가하는 단계를 포함하는, 제조 방법.
  37. 제 33 항에 있어서,
    에칭 단계 전에 상기 레지스트 물질 패턴을 경화시키는 추가 단계를 포함하는, 제조 방법.
  38. 제 26 항에 있어서,
    상기 경화를 광학 선에 의해 수행하는, 제조 방법.
  39. 제 26 항에 있어서,
    상기 경화를 포름알(formal) 가열에 의해 수행하는, 제조 방법.
  40. 제 26 항에 있어서,
    상기 경화를 화학적 개질에 의해 수행하는, 제조 방법.
  41. a) 써모레지스트 물질 층을 포함하는 도너 요소를 기판에 인접하게 위치시키는 단계;
    b) 상기 써모레지스트 물질 층의 표면이 다수의 이격 요소에 의해 기판 표면으로부터 이격되어 위치하도록 간극을 유지시키는 단계;
    c) 열 에너지를 레지스트 패턴에 따라 상기 도너 요소 쪽으로 향하게 함으로써, 상기 도너 요소로부터 써모레지스트 물질의 일부를 융제 전사에 의해 간극을 가로질러 기판 상에 전사시키고 침착시켜 레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    d) 상기 레지스트 패턴에 따라 광 에너지를 1회 이상의 추가 시간 동안 상기 도너 요소 쪽으로 향하게 하는 단계;
    e) 상기 도너 요소를 제거하는 단계;
    f) 상기 기판을 에칭하여 레지스트 패턴에 의해 커버되지 않은 물질을 제거하는 단계; 및
    g) 상기 레지스트 패턴을 제거하는 단계
    를 포함하는, 마이크로 전자 소자의 제조 방법.
  42. a) 써모레지스트 물질 층을 포함하는 도너 요소를 기판에 인접하게 위치시키는 단계;
    b) 상기 써모레지스트 물질 층의 표면이 다수의 이격 요소에 의해 기판 표면으로부터 이격되어 위치하도록 간극을 유지시키는 단계;
    c) 열 에너지를 레지스트 패턴에 따라 상기 도너 요소 쪽으로 향하게 함으로써, 상기 도너 요소로부터 써모레지스트 물질의 일부를 융제 전사에 의해 간극을 가로질러 기판 상에 전사시키고 침착시켜 레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    d) 상기 레지스트 패턴에 따라 광 에너지를 1회 이상의 추가 시간 동안 상기 도너 요소 쪽으로 향하도록 하는 단계;
    e) 상기 도너 요소를 제거하는 단계;
    f) 상부(overlying) 물질 층을 침착시키는 단계; 및
    g) 상기 레지스트 패턴과 상기 레지스트 패턴 상부 물질을 제거하는 단계
    를 포함하는, 마이크로 전자 소자의 제조 방법.
  43. a) 제 1 써모레지스트 물질 층을 포함하는 제 1 도너 요소를 기판에 인접하게 위치시키는 단계;
    b) 제 1 써모레지스트 물질 층의 표면이 다수의 이격 요소에 의해 기판 표면으로부터 이격되어 위치하도록 간극을 유지시키는 단계;
    c) 열 에너지를 레지스트 패턴에 따라 상기 도너 요소 쪽으로 향하게 함으로써, 제 1 도너 요소로부터 제 1 써모레지스트 물질의 일부를 융제 전사에 의해 간극을 가로질러 기판 상에 전사시키고 침착시켜 레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및
    d) 상기 제 1 도너 요소를 제 2 써모플라스트 물질 층을 포함하는 제 2 도너 요소로 대체하고, 상기 단계 b)와 c)를 반복하여 상기 제 2 도너 요소로부터 제 2 써모레지스트 물질을 기판으로 전사시켜, 레지스트 패턴을 형성하는 단계
    를 포함하는, 마이크로 전자 소자의 제조 방법.
  44. 제 43 항에 있어서,
    상기 방법이 e) 상기 기판 상의 레지스트 패턴 상으로 상부 물질 층을 침착시키는 단계; 및 f) 레지스트 패턴 상부 물질 층의 일부를 제거하는 단계를 추가로 포함하는, 제조 방법.
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