KR20140006812A - 레이저 빔을 이용한 마이크로전자 필름의 에칭 방법 - Google Patents
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Abstract
적어도 2개의 제2 물질의 표면에 증착되는 제1 물질 층의 영역을 미리 정한 파장을 갖는 레이저 빔으로 에칭하는 방법은 다음 단계를 포함한다:
- 제1 물질과 적어도 2개의 제2 물질의 각각 사이에 레이저 빔을 조사하는 동안 화학적 친화력보다 큰 레이저 빔을 조사할 때 화학적 친화력을 갖는 제1 물질과 제3 물질에 있어서 제1 물질의 층 상에 제3 물질의 층을 증착하는 단계; 및
- 제1 물질 층의 영역 위에서 제3 물질 층의 자유 표면의 영역에 레이저 빔을 상기 레이저 빔의 플루언스로 수직으로 조사하여 상기 영역을 분리하는 단계.
- 제1 물질과 적어도 2개의 제2 물질의 각각 사이에 레이저 빔을 조사하는 동안 화학적 친화력보다 큰 레이저 빔을 조사할 때 화학적 친화력을 갖는 제1 물질과 제3 물질에 있어서 제1 물질의 층 상에 제3 물질의 층을 증착하는 단계; 및
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Description
본 발명은 마이크로전자 부품의 제조 방법에서 실시되는 바와 같은 레이저 에칭 분야에 관한 것이다.
레이저 에칭은 한 물질의 표면에 증착된 또 다른 층을 제거하기 위한 공지의 방법이다. 제거할 물질의 층을 조사(irradiating)함으로써, 전자기 에너지는 그 표면을 가열하고, 그 후에 그 열은 블리스터(blister)가 형성될 때까지 열이 저장되는 2 물질들 사이의 인터페이스로 줄곧 확산된다. 그러므로 제거할 물질의 층은 그를 지지하는 물질로부터 분리된다.
레이저로부터 수용된 플루언스, 조사 시간, 및 레이저 파장에 의해 특징지어지거나, 또는 동등하게 표면 파워(surface power), 조사 시간 및 레이저 파장에 의해 특징지어지는 분리에 필요한 에너지는, 제거한 물질 층의 특성 및 그 위에 증착된 이러한 층을 갖는 물질의 특성에 따라 달라진다. 이와 같이, 레이저의 성질은 각 특수한 경우에 부합되어야 한다.
제거할 물질 층을 2개의 상이한 물질들 위에 적층시키는 경우가 종종 있다. 예를 들면, 유기 트랜지스터를 제조할 때, 통상적으로 금으로 된 금속 드레인 및 소스 전극은 플라스틱 기판 상에 증착되고, 그 후 수백 나노미터의 두께를 갖는 유기 반도체 층이 증착되어 결과구조물을 덮는다. 이러한 제조 단계에서, 전극을 노출시킬 필요가 있다. 그러나, 또한 플라스틱 기판 상에 증착된 반도체 층의 부분을 분리하기 위해 선택된 조사 시간 동안 반도체 층을 플루언스로 조사하면 금속 전극을 손상시키거나 심지어는 전극을 플라스틱 기판으로부터 분리시키게 된다.
그러므로, 예를 들면 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 기판 상에 증착된 100-나노미터 반도체 층을 분리하기 위해서, 70 mJ/cm2의 최소 플루언스가 245 나노미터의 레이저로 30 나노초 동안 조사하는 데 필요하다. 이러한 조사는 기판 상에 증착된 금 드레인 및 소스 전극과 화합을 이루지 못하는 데, 그 이유는 이들 전극은 플루언스가 55 mJ/cm2보다 커지자마자 곧 손상되기 때문이다. 그러므로 유기 반도체 층 전체에 조사되는 한가지의 동일한 조사 수단에 의해서 플라스틱 기판 상에 증착된 반도체 층 부분과 금속 전극 상에 증착된 반도체 층의 부분을 모두 분리하는 것은 불가능하다. 그러므로 이 층은 통상적으로 잔류물을 남기는 단점을 갖는 화학 공정 수단에 의해 제거된다.
본 발명의 목적은 제2 물질 상에 증착된 제 1 물질을 분리하는 데 필요한 레이저 에너지를 감소하는 레이저 에칭법, 특히 2개의 상이한 물질들 상에 증착된 물질을 분리할 수 있는 레이저 에칭법을 제공하는 데 있다.
이러한 목적을 위해서, 본 발명은 다음 단계를 포함하는, 적어도 2개의 제2 물질의 표면에 증착되는 제1 물질 층의 영역을 미리 정한 파장을 갖는 레이저 빔으로 에칭하는 방법을 제공한다:
- 제1 물질 층 상에 제3 물질 층을 증착하고, 제1 및 제3 물질이 적어도 2개의 상기 제2 물질의 각각 사이에 레이저 빔을 조사하는 동안 화학적 친화력보다 큰 레이저 빔을 조사할 때 화학적 친화력을 갖는 단계; 및
- 제1 물질 층의 영역 위에서 제3 물질 층의 자유 표면의 영역에 레이저 빔을 상기 레이저 빔의 플루언스로 수직으로 조사하여 상기 영역을 분리하는 단계.
다시 말해서, 제1 물질 층이 제2 물질에 결합하는 것보다 제1 물질 층에 더 강하게 결합하는 층을 정교하게 증착함으로써, 제1 물질 층을 분리하기 위해 필요한 최소 에너지가 더 낮아진다는 것이 밝혀졌다.
상술한 바와 같이, 반도체 물질 층을 직접 조사함으로써 PEN 층에 증착된 100 나노미터의 반도체 물질 층을 분리하기 위해서, 248-나노미터 레이저로 30 나노초 동안 조사하기 위해 적어도 70 mJ/cm2의 플루언스를 제공할 필요가 있다.
본 발명의 일 예로서, 30 나노미터의 불화 중합체 층을 유기 반도체 물질 상에 증착함으로써 최소 필요 플루언스가 50 mJ/cm2로 떨어진다.
일반적으로 제3 물질과 제1 물질 사이의 결합이 제1 물질과 제2 물질 사이의 결합력보다 커지자마자 조사되는 최소 에너지가 감소된다는 사실이 밝혀졌다.
일 실시양태에 따라서, 레이저는 엑시머 레이저이다.
본 발명의 일 실시양태에 따라서, 제3 물질 층의 두깨는 1 나노미터 내지 1 마이크로미터의 범위이다.
본 발명의 일 실시양태에 따라서, 물질과 제3 물질층의 두께는 레이저 빔의 플루언스, 제1 물질의 성질, 및 분리할 제1 물질 영역의 두께에 따라 선택된다.
본 발명의 일 실시양태에 따라서, 제1 물질은 유기 반도체 물질이고, 그리고 제2 물질들은 각각 플라스틱 물질과 도전성 물질이다.
특히, 유기 반도체 물질은 불화 물질이고, 도전성 물질은 금속 또는 도전성 중합체이고, 그리고 제3 물질은 불화 중합체이다.
더욱 구체적으로, 제3 물질은 CYTOP®이고 및/또는 제1 물질은 TIPS이며, 및/또는 제3 물질은 제1 물질과 결합하기 위해 15 kJ.mol-1보다 큰 엔탈피를 갖는다. 또한, 불화 중합체 층의 두께는 100 나노미터와 실질적으로 동일하며, 제1 물질 층의 두께는 100 나노미터와 실질적으로 동일하며, 도전성 물질 층의 두께는 30 나노미터와 실질적으로 동일하며, 레이저 빔의 플루언스는 50 mJ/cm2보다 낮으며, 레이저 빔의 조사 시간은 30 나노초와 실질적으로 동일하다.
본 발명의 일 실시양태에 따라서, 제3 물질은 제1 물질보다 레이저 빔 파장을 더 많이 흡수한다.
본 발명은 첨부 도면과 관련하여 실시예로만 제공되는 다음 기술의 분석에서 더 잘 이해될 수 있으며, 여기서 도 1 내지 5는 플라스틱 기판 및 금속 전극 모두에 증착된 유기 반도체 층의 제거에 이용된 본 발명에 따른 레이저 에칭법을 예시하는 개략 횡단면도이다.
예를 들면, 드레인 및 소스 전극이 트랜지스터 형성을 위해서 노출될 필요가 있는 유기 트랜지스터의 제조 과정에서 이용되는 경우에서처럼, 유기 플라스틱 기판 상에 증착된 금속 전극의 상부 및 주위에 존재하는 유기 반도체 물질의 층을 제거하는 본 발명에 따른 방법의 이용을 기술한다.
도 1은 유기 트랜지스터를 제조하는 공정 동안 얻어진 스택을 개략적으로 나타낸 횡단면도이다. 이 스택은 그 위에 증착된, 예를 들면 금으로 된 드레인 또는 소스 전극(12)을 갖고 PEN(폴리에틸렌 나프탈레이트)으로 된 기판(10)을 포함하고, 그 결과구조물은 예를 들면 펜타센류, 예를 들면 TIPS (프로필실일에티닐 펜타센), 또는 비정질 중합체, 예를 들면 TFB(디옥틸-플루오렌-부틸페닐-디페닐아민) 형의 유기 반도체 물질(14)의 층으로 덮인다. 이와 같이 층(14)은 플라스틱 기판(10) 및 금속 전극(12) 상에 모두 증착된다. 이 제조 단계에서, 층(14)는 전극(12)의 상부 또는 주위에서 영역(16)으로부터 제거될 필요가 있다.
엑시머 UV 레이저 빔의 수단에 의해 반도체 물질 층(14)의 부분(16)을 제거하기 위해서, 본 발명에 따른 방법은 예를 들면 불화 중합체(18) 층, 특히 1,000 나노미터 보다 작은 두께를 갖는 CYTOP®의 층(Asahi Glass Co. Ltd 제)을 층(14) 상에 증착하는 것으로 시작된다(도 2).
불화 중합체 층(18)은 UV를 흡수하므로, 레이저로부터 발생되는 방사능(radiation)과 반도체 물질 층(14)에 대한 그의 결합은 고 결합 엔탈피, 예를 들면, 수소 결합의 경우에 15 kJ.mol-1 보다 높은 에너지의 결합 엔탈피를 갖는 화학 결합의 진전에 의해 매우 강하게 증가한다. 유리하게는, 반도체 물질(14) 및/또는 층(18)의 물질은 불화 중합체이다.
이와 같이 결합 엔탈피가 높으면, 특히 층(14)에 대한 층(18)의 결합이 전극(12) 및 기판(10)에 대한 층(14)의 결합보다 더 강해진다.
이 방법은, 하기에서 설명되는 바와 같이, 금 전극(12) 및 PEN 기판(10) 모두에서 층(14)을 분리하는데 적합한 조사 시간과 플루언스에 따라 반도체 층(14)의 부분(16)을 레이저 빔(20)으로 조사시킴으로서 계속 실시된다(도 3). 마스크(21)는 예를 들면 제거할 부분(16)에 대응하는 층(18)의 부분을 덮지 않고 층(18) 상에 증착되고, 그리고 레이저 빔(20)은 전면적으로 조사된다.
전자기 입사 에너지는 금속 전극(12)과 반도체 물질 층(14) 사이의 인터페이스(22) 및 반도체 물질 층(14)과 플라스틱 기판(10) 사이의 인터페이스(24)에 저장되어, 블리스터(26, 28, 30)는 인터페이스(22, 24)를 형성한다(도 4).
블리스터(26, 28, 30)가 임계 사이즈에 도달하면, 그들 위에 있는 반도체 물질은 분리되고, 그 결과 반도체 물질의 잔류물을 남기지 않고 금속 전극(12)을 노출시키게 된다(도 5). 그 다음 마스크(21) 및/또는 층(18)이 제거된다.
100-나노미터의 두께를 갖는 반도체 물질 층(14), 30-나노미터의 두께를 갖는 금속 전극(22), 및 30 나노초의 레이저 펄스를 발생하는 245 나노미터의 파장을 갖는 레이저에 대해서:
- 층(18)의 두께가 1 내지 50 나노미터인 경우, 반도체 층(14)을 금속 전극(12) 및 플라스틱 기판(10) 모두로부터 분리하기 위해 30 내지 40 mJ.cm2 의 최소 플루언스가 필요하다. 금속 전극(12)에 대한 손상은 관찰될 수 없다;
- 층(18)의 두께가 50 내지 100 나노미터인 경우, 반도체 층(14)을 금속 전극(12)과 플라스틱 기판(10) 모두로부터 분리하기 위해 40 내지 50 mJ.cm2 의 최소 플루언스가 필요하다. 역시 금속 전극(12)에 대한 손상은 관찰될 수 없다; 및
- 층(18)의 두께가 100 나노미터보다 큰 경우, 금속 전극(12) 및 플라스틱 기판(10) 모두로부터 반도체 층(14)을 분리하기 위해서 50 내지 70 mJ.cm2 의 최소 플루언스가 필요하다. 플루언스가 55 mJ.cm2보다 크면, 금속 전극(12)이 약간 손상될 수 있다.
따라서, 층(18)의 두께는 100 나노미터 미만으로 선택되고, 그리고 레이저 빔은 50 mJ.cm2보다 낮은 플루언스로 고정된다.
이러한 플루언스의 값은 불화 중합체 층(18)의 부재 하에 플라스틱 기판(10) 상에 증착된 반도체 물질 층의 일부분을 제거하기 위해 필요한 최소 플루언스인 70 mJ.cm2 값에 상당해야 한다.
금속 전극(12)을 손상시키지 않는 값으로 레이저 플루언스를 조절하기 위해 층(18)과 관련하여 하기와 같은 적어도 2개의 파라미터를 가져야 한다는 것이 밝혀질 수 있을 것이다:
- 층(18)과 반도체 층(14)의 사이에 결합의 "강도"를 한정하는 층(18)의 물질의 성질; 및
- 대부분의 경우 상술한 바와 같이, 층(14)의 분리를 돕는 진동성의 메카니즘의 강도를 조절하는 층(18)의 두께.
동일한 결합을 위해, 층(18)에 의한 레이저 방사선의 흡수가 증가함에 따라 최소 플루언스가 감소된다는 사실은 이미 밝혀졌다.
바람직하게는, 층(18)의 물질은, 플루언스가 층(18)의 두께에 의해 조절되기 때문에, 한편으로는 층(18)과 반도체 물질 층(14)의 결합, 그리고 다른 한편으로는, 층(14)와 그것이 증착되는 기타 물질과의 결합과의 사이에 가능한 한 가장 큰 차이를 얻기 위해서 가능한 한 반도체 물질 층에 강하게 결합되도록 선택된다. 사실상, 층(18)이 층(14)에 강하게 결합하면 할수록 층(14)를 분리하는데 필요한 최소 플루언스는 더 감소된다. 그러므로 이용 가능한 플루언스의 범위는 더 높다.
일반적으로, 분리에 필요한 에너지의 감소는 더욱 강하게 결합하는 물질의 층이 제거할 층 상에 증착되자 마자 관찰될 수 있고, 이 층은 1 또는 수 개의 물질 상에 자체로 증착된다.
예를 들면, 상술한 실시예는 유기 반도체 층과 관련되어 있을지라도, 본 발명은 또한 예를 들면 SiO2, TiO2, 또는 Al2O3 층과 같은 유기 절연체의 층에 효과가 있다. 마찬가지로, 본 발명은 또한 Cu, 또는 도전성 중합체 (예를 들면, PDOT)로 된 전극과 같은 금 이외의 도전성 물질로 이루어진 전극과 작동한다. 마찬가지로, 본 발명은 PEN 이외의 기타 플라스틱 형태로 된 기판, 예를 들면 PET (폴리에틸렌-테레프탈레이트) 또는 Kafton®(폴리이미드를 기본으로 함)으로 된 기판에 효과가 있다.
상술한 실시양태는 2 물질들 위에 증착된 층의 제거에 관한 것임을 주목하여야 한다. 본 발명은 또한 단일 물질에 증착된 층의 제거에 이용되고, 예를 들면, 플라스틱 기판 상에 증착된 유기 반도체 물질의 층의 경우에도 이용되지만 이들에 한정되는 것이 아님을 주목하여야 한다. 실제, 적절한 층(18)을 제공한다는 단순한 사실은 분리에 필요한 최소 에너지를 감소하게 되며, 이는 예를 들면 레이저 장치 및 광학 장치의 경우에 유리할 수 있다.
상이한 관련 결합들 사이의 관계는 조사 전에는 설정될 필요가 없다는 것 또한 주목하여야 한다. 이러한 관계는 예를 들면 상이한 물질들 사이의 결합 변경으로 인해 그 영향 하에서 조사 이용 과정에서 현실화될 수 있다. 실제로 이들 관계는 분리 시에 입증되어야 하고, 및 이들 관계에 대한 사실은 조사의 이용 전에는 거의 입증되지 않는다.
마찬가지로, 제거할 층 상에 증착된 층의 물질에 대한 성질 및/또는 그의 두께는 예를 들면 제조비용 및 규제로 인해 약간의 차이를 얻도록 선택될 수 있다. 이 경우에, 분리에 필요한 최소 에너지는 더 높을 것이며, 물질들 중 하나를 가장 열화시키기 쉬울 것이다. 그러나, 적을지라도 에너지의 단순한 감소가 실현됨으로 인해, 이러한 열화는 본 기술 상태에서 관찰된 것과 관련하여 최소화될 것이다.
10: 플라스틱 기판, 12: 금속 전극
14: 반도체 물질 층 18: 불화 중합체 층
20: 레이저 빔 21: 마스크
22: 인터페이스 26,28: 블리스터
14: 반도체 물질 층 18: 불화 중합체 층
20: 레이저 빔 21: 마스크
22: 인터페이스 26,28: 블리스터
Claims (11)
- 적어도 2개의 제2 물질(10,12)의 표면에 증착되는 제1 물질 층(14)의 영역(16)을 미리 정한 파장을 갖는 레이저 빔으로 에칭하는 방법에 있어서, 다음 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔을 이용한 에칭 방법:
- 제1 물질 층(14) 상에 제3 물질 층(18)을 증착하고, 제1 및 제3 물질이 적어도 2개의 상기 제2 물질 각각의 사이에 레이저 빔을 조사하는 동안 화학적 친화력보다 큰 레이저 빔을 조사할 때 화학적 친화력을 갖는 단계; 및
- 제1 물질 층(14)의 영역(16) 위에서 제3 물질 층(18)의 자유 표면의 영역에 레이저 빔을 상기 레이저 빔의 플루언스로 수직으로 조사하여 상기 영역(16)을 분리하는 단계. - 제 1항에 있어서, 레이저가 엑시머 레이저인 것을 특징으로 하는 레이저 빔을 이용한 에칭 방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 제3 물질 층(18)의 두께가 1 나노미터 내지 1 마이크로미터인 것을 특징으로 하는 레이저 빔을 이용한 에칭 방법.
- 제 1항, 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 제3 물질 층(18)의 성질 및 두께가 레이저 빔의 플루언스, 제1 물질의 성질, 및 분리할 제1 물질의 영역(16)의 두께에 따라 선택되는 것을 특징으로 하는 레이저 빔을 이용한 에칭 방법.
- 제 1항 내지 제 4항 중 어느 하나에 있어서, 제1 물질이 유기 반도체 물질이고 그리고 제2 물질이 각각 플라스틱 물질 및 도전성 물질인 것을 특징으로 하는 레이저 빔을 이용한 에칭 방법.
- 제 5항에 있어서, 유기 반도체 물질이 불화 물질이고, 도전성 물질이 금속 또는 도전성 중합체이고, 그리고 제3 물질이 불화 물질인 것을 특징으로 하는 레이저 빔을 이용한 에칭 방법.
- 제 5항 또는 제 6항에 있어서, 도전성 물질이 금 또는 PDOT인 것을 특징으로 하는 레이저 빔을 이용한 에칭 방법.
- 제 5항, 제 6항 또는 제 7항에 있어서, 제3 물질이 CYTOP® 및/또는 제1 물질이 TIPS인 것을 특징으로 하는 레이저 빔을 이용한 에칭 방법.
- 제 5항 내지 제 8항 중 어느 하나에 있어서, 제3 물질이 레이저 빔의 조사시 제1 물질에 대해 15 kJ.mol-1보다 큰 결합 엔탈피를 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 빔을 이용한 에칭 방법.
- 제 8항 또는 제 9항에 있어서,
- 불화 중합체 층(18)의 두께가 100 나노미터와 실질적으로 동일하고;
- 제1 물질의 층(14)의 두께가 100 나노미터와 실질적으로 동일하고;
-도전성 물질 층의 두께가 30 나노미터와 실질적으로 동일하고;
- 레이저 빔의 플루언스가 50 mJ/cm2보다 낮고; 그리고
- 레이저 빔에 의한 조사 시간이 30 나노초와 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 레이저 빔을 이용한 에칭 방법. - 제 1항 내지 제 10항 중 어느 하나에 있어서, 제3 물질이 제1 물질보다 큰 레이저 빔 파장을 더 많이 흡수하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔을 이용한 에칭 방법.
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