TW201523698A - 用於有機層之微影圖案化的方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係提供一種用於有機層之微影圖案化的方法，其包含：提供一遮蔽層於該有機層之上；提供一光阻層於該遮蔽層之上；透過一陰影遮罩照射該光阻層；將該光阻層顯影，因此形成一圖案化光阻層；實行一第一乾蝕刻步驟，其係使用該圖案化光阻層做為一遮罩，因此至少移除該光阻層的上部，並於未被該光阻層覆蓋處完全移除該遮蔽層；實行一第二乾蝕刻步驟，其係使用該圖案化遮蔽層做為一遮罩，因此將未被該遮蔽層覆蓋處的該有機層移除；移除該遮蔽層，其中移除該遮蔽層包含將其暴露於水中。本發明所揭示的該方法用於製造有機半導體為基底的裝置與電路的製成具有優勢。

Description

用於有機層之微影圖案化的方法
本發明所揭示係關於一種藉由光微影的方式用於有機層(如有機半導體層)之圖案化的方法。
本發明所揭示係進一步關於用於製作有機電子裝置的方法，其中該有機半導體層係藉由光微影而圖案化。
有機電子的研究係一直穩定成長，其同時發展材料、製程，與系統整合。如有機光伏電池(OPV)、有機光偵測器(OPD)、有機薄膜電晶體(OTFT)以及特別是用於發光與顯示器的有機發光二極體(OLED)之應用係引領朝向工業化的道路。
已知的有機電子裝置製造方法的其中一個瓶頸係關於目前可用的圖案化技術之限制。
舉例來說，一種常用於有機電子裝置的製程中的圖案化技術係基於陰影遮蔽技術。此技術可用於定義尺度等於或大於30微米的特徵。該方法的一缺點為其無法達成非常精確的對位。陰影遮蔽技術的另一項缺點為其需要有較繁複的硬體維護，且其無法放大至較大的基板尺寸。
經廣泛調查的其他技術(例如噴墨印刷)可提供與陰影遮蔽近似的解析度。然而，其他技術並無法適用於較複雜的層疊，即多層疊構。 舉例來說，精確對位係相當困難的。
出現了數種其他圖案化製程，舉例來說如自組裝，例如基於利用旋塗製程於一預圖案化基板上。此製程需要為特定的有機主動層慎選排斥/相吸的圖案化材料。另一個所採用的圖案化方法的例子為雷射誘導前方傳遞(laser-induced forward transfer，LIFT)。
欲達到以可再製的方式且於大尺寸晶圓上的圖案解析度小於10微米的最有希望的技術為光微影。然而，並不能直接將光微影製程的使用與有機半導體結合，因為大部分使用於標準光阻中的溶劑以及用於光阻顯影及/或去光阻的溶劑都會溶解該等有機層。已有一些解決此問題的方法經提出。
一個解決方法係基於乾微影，其係利用冷凍CO2光阻，例如由Matthias E.Bahlke等人於Adv.Mater.,2012,24,6136-6140發表的”利用冷凍CO2光阻於大面積的薄膜有機半導體乾微影”。此方法提供數量級為100微米的解析度。其缺點為需要非常低的基板溫度，其係於20K至100K的範圍內。
另一個解決方法係基於正交製程，其中係利用氟化物光阻。此方法以標準光微影設備提供微米等級解析度。然而，製造該等氟化物產品成本很高，且其廢棄物亦非常昂貴且麻煩。
又另一解決方法係利用一邊界層或一屏障層以保護該有機半導體層，並防止該有機半導體層與該等光微影化學物(photolithographic chemicals)之間的直接接觸。此方法係例如經描述於John A.DeFranco等人於Organic Electronics期刊的第7冊(2006年)第22至28頁所發表的”有機電 子材料的光微影圖案化”。藉由化學氣相沉積法(CVD)於一有機膜頂部之上提供一聚一氯對二甲苯(parylene-C)，以在光阻的沉積與顯影期間保護該有機膜。顯影後，該光阻係在乾蝕刻時作為遮罩，其用以將該光阻圖案轉移至該聚一氯對二甲苯(parylene-C)層以及其下的有機膜。該聚一氯對二甲苯(parylene-C)膜係接著被剝離，並接著以一無溶劑方式移除該光阻，於該基板上留下一圖案化有機膜。此方法的缺點為該聚一氯對二甲苯(parylene-C)層係由CVD提供，其為需要高真空的較昂貴製程。此方法另一缺點為移除該聚一氯對二甲苯(parylene-C)層需要機械式剝離。機械式剝離較難控制且可能形成缺陷。
本發明揭示係為提供一種用於有機層的光微影圖案化的方法，例如有機半導體層，其中該等方法可克服先前技術的缺點。
本發明揭示係關於一種用於被沉積於一基板上的一有機層的光微影圖案化的方法，其中該方法包含：提供一遮蔽層於該有機層之上；提供一光阻層於該遮蔽層之上；透過一陰影遮罩照射該光阻層；將該光阻層顯影，因此形成一圖案化光阻層；實行一第一乾蝕刻步驟，其係使用該圖案化光阻層做為一遮罩，因此將在沒有被該光阻層覆蓋的位置處的該遮蔽層完全移除，因此形成一圖案化遮蔽層；實行一第二乾蝕刻步驟，其係使用該圖案化遮蔽層做為一遮罩，因此將在沒有被該遮蔽層覆蓋的位置處的該有機層完全移除；以及完全移除該遮蔽層，其中移除係包含將該遮蔽層暴露於水中。
本發明所揭示的一方法中，該有機層較佳而言係為以水處理 也不會劣化之一層。
本發明所揭示的一方法中，該有機層可為一有機半導體層。
舉例來說，下列為根據本發明觀點的製程中可用的一些有機材料；A/用於有機發光裝置(OLEDs)：- 電洞注入層(HIL)：F4-TCNQ、Meo-TPD、HATCN、MoO3；- 電洞傳輸層(HTL)：Meo-TPD、TPD、spiro-TAD、NPD、NPB、TCTA、CBP、TAPC、胺及/或咔唑基材料；- 電子傳輸層(ETL)：Alq3、TPBI、Bphen、NBphen、BCP、BAlq、TAZ等等；- 電子注入層(EIL)：Lif、CsCO3、CsF、Yb、Liq等等；- 基質：MCP、TCTA、TATP、CBP、咔唑基材料(carbazole based materials)等等；- 紅色摻雜劑：DCJTB、Rubrene、Ir(btp)2(acac)、PtOEP、Ir(MDQ)2acac等等；- 綠色摻雜劑：C545T、Ir(PPY)3、Ir(PPY)2acac、Ir(3mppy)3等等；- 藍色摻雜劑：BCzVBi、DQAVBi、FIrPic、4P-NPD、DBZa等等；B/用於有機光伏裝置/有機光二極體(OPV/OPD)：1/光致動混合物，其係包含一施體與一受體，其中：- 施體為一酞菁、噻吩、并苯、二酮吡咯并吡咯、三甲醇氨基甲烷、吡啶、丙二腈，或其衍生物；- 受體為一苝(perylene)、富勒烯、(子)酞菁，或其衍生物；- 上述之任何結合； - 上述之任何聚合物形式；2/緩衝層：- 電洞傳輸層：聯苯胺、吡啶、三甲醇氨基甲烷、螺二芴，或其衍生物；- 電子傳輸層：菲繞啉、吡啶；- 兩種傳輸層皆可以一有機金屬氧化物或一金屬摻質摻雜。
本發明的一個方法中，該遮蔽層可包含或含有一水基聚合物材料，其無法交聯。使用一水基材料的優點是可防止傷害或混雜其下的有機層。使用無法交聯的材料的優點是可被水或水基溶液輕易地且完全地移除。
本發明的一個方法中，提供該遮蔽層可包含以溶液製程的方法提供該遮蔽層，例如藉由旋塗法，接著例如以大約100℃軟烤。此等以溶液為基的方法的優點為其較為經濟且不需真空。舉例來說，該遮蔽層厚度可於300nm至約1000nm的範圍內，但本發明並不限於此。
在本發明的一個方法中，該遮蔽層可包含下列任一者或它們的結合：聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、普魯蘭。
在本發明的一個方法中，將該遮蔽層暴露於水中包含將該遮蔽層暴露於純水中或於一含水溶液中，其包含80%以上的水，較佳而言係包含90%以上的水。
在本發明的一個方法中，該含水溶液進一步包含異丙醇(IPA)及/或甘油。
在本發明的一個方法中，提供該光阻層可包含提供一可溶劑 顯影的光阻層。較佳而言，該光阻為一負型光阻。利用一可溶劑顯影的光阻的優點為其可與水基遮蔽層相容。
在本發明的一個方法中，實行該第一乾蝕刻步驟可進一步包含移除該光阻層的至少一上部部分。
在本發明的一個方法中，實行該第二乾蝕刻步驟可進一步包含移除該光阻層的一剩餘部分。實行該第二乾蝕刻步驟可進一步包含移除該遮蔽層的一上部部分。較佳而言，該光阻層係於第二乾蝕刻步驟後被完全移除。
在本發明的一個方法中，實行該第一乾蝕刻步驟與實行該第二乾蝕刻步驟可包含實行一反應性離子蝕刻(RIE)步驟，舉例來說，可利用一氧氣電漿或任何其他適用的電漿例如Ar電漿、SF6電漿或CF4電漿，但本發明並不限於此。
該第一乾蝕刻步驟與該第二乾蝕刻步驟可為分開的步驟，例如利用不同的蝕刻條件。或者是，該第二乾蝕刻步驟可為該第一乾蝕刻步驟的延續，且實質上兩個步驟皆使用相同蝕刻條件。
在本發明的一個方法中，移除該遮蔽層可包含於該遮蔽層之頂部上塗布一水層。
本發明的一個方法可被有利地用於製造以有機半導體為基的裝置與電路，舉例來說，有機光偵測器(OPD)、有機薄膜電晶體(OTFT)或有機發光二極體(OLED)。舉例來說，本發明一方法可被用於OLED顯示器的製程中，相較於現行陰影遮罩技術其可獲得較高解析度。舉例來說，本發明的一方法可用於有機CMOS成像器的微米等級或次微米等級像素陣列 的圖案化。
本發明的一個方法的優點為其可利用已被使用於微電子工業的光微影產品(光阻劑、顯影劑)。其一個優點是不需要使用昂貴的產品，例如氟化光阻。
本發明的一個方法的優點為其可高度擴展以及其可相容於現行半導體製程線。
本發明的一個方法的優點為用於該有機層圖案化的該最高製程溫度係低於150℃，或甚至低於110℃。因此該方法可用於可撓性箔片基板，舉例來說如一聚萘二酸乙二醇酯(PEN)箔片或聚乙二醇對苯二甲酸酯(PET)箔片，因此可製造可撓性有機裝置與高解析度電路。
本發明的一個方法的優點為其較為經濟且較好控制。
上文中已描述各種發明觀點的一些目標及優點。當然可理解的是根據本發明特定實施例並不需達成所有目標與優點。因此，舉例來說，熟習本技藝人士可知本發明可以一種方法實作或實行以達成獲最佳化本文中指出的一個或數個優點，而不需要達成本文中提及的其他目標或優點。更進一步，應了解本發明內容僅為舉例而非用以限制本發明範疇。參考下文中的詳細描述並配合附圖閱讀，可了解本發明的組織及操作方法以及其特徵與優點。
1‧‧‧光
10‧‧‧基板
11‧‧‧有機材料層
12‧‧‧遮蔽層
13‧‧‧光阻層
14‧‧‧陰影遮罩
20‧‧‧底部接點
21‧‧‧層間介電質
22‧‧‧電洞傳輸層
23‧‧‧陰極
111‧‧‧圖案化有機層
121‧‧‧圖案化遮蔽層
122‧‧‧較薄遮蔽層
131‧‧‧圖案化光阻層
132‧‧‧較薄光阻層
圖1(a)至圖1(g)係圖示根據本發明的一個方法的製程步驟；圖2(a)圖示P3HT：PCBM層在下列情況所測得的吸收值隨波長的變化：經沉積與軟烤後(實線)；經水處理後(與實線一致)；經光阻顯 影劑處理後(點線)；以及經去光阻剝離劑處理後(虛線)。圖2(b)圖示於在多個不同處理製程後的剩餘有機層厚度。
圖3(a)圖示一P3HT：PCBM層在下列情況所測得的吸收值隨波長的變化：在P3HT：PCBM層的沉積與烘烤後(實線)；以及根據本發明揭示方法而在該有機層之上提供該遮蔽層與該光阻層之後(虛線)。圖3(b)圖示在下列情況所測得的吸收光譜：一P3HT：PCBM有機層覆蓋有一遮蔽材料層時(實線)；一P3HT：PCBM層覆蓋有一遮蔽層與一光阻層時(點線)；以及該有機層在根據本發明揭示方法而圖案化之後(虛線)。
圖4(a)至圖4(h)圖示利用根據本發明的一有機層圖案化方法以用於製造有機光偵測器的製程步驟。
圖5圖示對於僅有一層間介電質(實線，”僅SC 100”)的參考裝置以及利用本發明的一方法所製造的裝置(虛線“完整圖案化”)之所測得的有機光偵測器的電流-電壓特性。
申請專利範圍中的任何元件符號並被建構以限制本發明的範圍。
在不同附圖中，相同元件符號係指相同或類似元件。
在下文的詳細描述中，將會說明一些特定細節以及如何於特定實施例中實行以為了對本發明有完整理解。然而，應理解本發明亦可在沒有這些特定細節下實行。在其他例子中，將並不會對眾所皆知的方法、過程與技術詳細描述，以不影響本發明的闡釋。
本發明會對特定實施例並配合特定附圖加以描述，但本發明 並不限於此，而僅由申請專利範圍限制。文中描述的附圖僅是圖示的性質而非限制性的。在附圖中，一些元件的大小可能為了講解用途而誇大且不按比例繪製。尺寸與相對尺寸並不需要為了本發明的實行以對應至實際縮減量。
此外，在實施方式與申請專利範圍中的該等「第一」、「第二」、「第三」與類似用詞是僅用以區分類似元件，並非必須用於描述一連續性的或時間性的次序。該等用詞於適當環境中可互換，且於本發明的實施例可以與本文中描述或例示不同的順序操作。
再者，在實施方式與申請專利範圍中的該等「頂部」、「底部」、「之上」、「之下」與類似用詞係描述的目的而並非必須用於描述相對位置。應該了解的是該等用詞於適當環境中可互換，且在本文描述之本發明實施例可以在與本文中描述或例示不同的方向中操作。
圖1圖示根據本發明的一個方法的製程步驟。在圖1(a)所示的第一步驟中，一有機層11(例如一有機半導體層)係提供於一基板10之上，舉例來說，其可由一以溶液為基的製程提供，例如旋塗法或其他熟習本技藝人士可知的任何適當方法。舉例來說，該基板10可為一玻璃基板或其他熟習本技藝人士可知的任何適當的基板，例如一可撓性箔片基板。
接著，提供一遮蔽層12於該有機材料層11之上。該遮蔽層12包含一遮蔽材料，該遮蔽材料為一無法交聯的以水基聚合物。該遮蔽層對有機層為中性的，即其不影響該有機層。舉例來說，該遮蔽層可包含聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇與普魯蘭。該遮蔽層12可由一以溶液為基的製程提供，例如旋塗法。隨後可實行一軟烤，例如一熱盤軟烤，舉例來說溫度 可於90℃與110℃之間的範圍。接著一光阻層13係旋塗於該遮蔽層12之上，接著為一軟烤步驟，舉例來說為1分鐘100℃的熱盤軟烤。該光阻層13包含一光阻，其可於一溶劑中顯影。該光阻較佳而言為一負型光阻。該所產生之結構的截面圖係顯示於圖1(b)中。
該光阻層13接著係經過如圖1(c)所示的一陰影遮罩14而曝露至光1，例如為紫外光。在該光阻顯影後，可獲得如圖1(d)中所示之具有圖案化光阻層131的結構。
在光阻顯影後實行一第一乾蝕刻步驟，例如一反應性離子蝕刻步驟，其係利用一氧氣電漿，因此移除(至少)該光阻層131的一上部部分，且在暴露至該電漿的位置處(在暴露的位置處，即無任何光阻的位置處)完全移除該遮蔽層12，形成例如在圖1(e)中所示的結構。該光阻層13與該遮蔽層12的該層厚度(與蝕刻率)係經選定，以使得在該第一乾蝕刻步驟之後，至少剩餘一層遮蔽材料。舉例來說，該剩餘的遮蔽材料層的厚度可至少為200nm或300nm，但本發明並不限於此。該剩餘的遮蔽材料層得到該光阻的圖案。在圖1(e)所示的例子中，該所得結構包含一圖案化遮蔽層121與一薄化光阻層132。然而於本發明的其他實施例中，該光阻層可被該第一蝕刻步驟完全移除。在本發明其他實施例中，該遮蔽層的一上部部分也可被移除。
在將於該暴露位置處的遮蔽層12完全移除之後，實行一第二乾蝕刻步驟。在本發明有利的實施例中，該第二乾蝕刻步驟可為該第一乾蝕刻步驟的延續。舉例來說，該第二乾蝕刻步驟可包含使用一氧氣電漿的反應性離子蝕刻。該第二乾蝕刻步驟會造成該有機層11在暴露位置處(即不再有遮蔽層的位置)的完全移除。同時，該薄化光阻層132(若有)係完全被 移除，且該圖案化遮蔽層121也被移除，形成一較薄遮蔽層122。藉由參考該有機材料層的厚度(且參考對應的蝕刻率)而適當選擇該遮蔽層的厚度，在完整移除該有機層之後，在該處仍存留一較薄的保護層遮蔽材料122。如圖1(f)中所示。
最後，該剩餘的遮蔽材料層122可於水中或水基溶液中被移除，舉例來說一水(90%)與IPA(10%)溶液或水(90%)與IPA(5%)與甘油(5%)的混合，舉例來說，其可旋塗一水層於該裝置上。此形成一光微影圖案化的有機層111於該基板10之上，如圖1(g)所示。
根據本發明的一個方法，一實驗是被實行以圖案化包含P3HT：PCBM異質結合的一溶液製程有機膜。該有機層與用於該光微影製程中的不同產品(如遮蔽層材料、光阻、光阻顯影劑與光阻剝離濟)之間的交互作用係被探討。
圖1中的該製程次序係被使用以藉由旋塗法與接續的軟烤提供於該玻璃基板上的一P3HT：PCBM混合(有機半導體層)。
另一個實驗中，該有機主動層係被分別地以圖案化製程中的數種產品(水、光阻顯影劑、去光阻劑)且藉由將這些產品旋塗至該有機層的頂部之上來處理，。圖2(a)圖示P3HT：PCBM層在下列情況所測得的吸收值隨波長的變化：經沉積與軟烤後(實線)；經水處理後(與實線一致)；經光阻顯影劑處理後(點線)；以及經去光阻剝離劑處理後(虛線)。圖2(b)顯示該剩餘有機層在不同的處理之後的厚度。這些結果顯示該P3HT：PCBM混合物在顯影劑或剝離劑的施用之後，其吸收值會受影響(圖2a)，主要係在和該PCBM吸收值(300nm至450nm)相關的波長範圍。厚度量測(圖2b)的結果也 顯示在以顯影劑處理之後，該有機層厚度減少至大約該原始值(150nm)的一半。另一方面，水處理(在本發明的一製程中被使用以移除該遮蔽材料)並不影響任何參數。
在實行如圖1所示本發明利用一遮蔽層的完整圖案化程序之後，量測該P3HT：PCBM層的吸收光譜。圖3(a)圖示一P3HT：PCBM層在下列情況所測得的吸收值隨波長的變化：在P3HT：PCBM層的沉積與烘烤後(實線)；以及在該有機層之上提供該遮蔽層與該光阻層之後(虛線)。圖3(b)圖示在下列情況所測得的吸收光譜：一P3HT：PCBM有機層覆蓋有一遮蔽材料層時(實線)；一P3HT：PCBM層覆蓋有一遮蔽層與一光阻層時(點線)；以及該有機層在圖案化之後(虛線)。由這些結果可推論，該有機層的該吸收光譜並不會受到根據本發明觀點的圖案化製程之嚴重影響。
利用根據本發明的方法，實驗顯示包含具有直徑1微米、間距1微米的開口的圖案可於一玻璃基板上的一P3HT：PCBM層中定義。然而，圖案與小於1微米的開口可利用本發明的一方法形成。
進一步的實驗係被實行以研究利用根據本發明的圖案化製程的影響以用於製造可操作的有機電子裝置。具有P3HT：PCBM基底的主動有機層的有機光偵測器裝置係被製造。該製程順序係如圖4中所示，其包含下列步驟：- 於一玻璃基板10上的一半透明底部接點(ITO)20之頂部上旋塗並光微影圖案化一可交聯層間介電質21(圖4(a))，該層間介電質21係由FujifilmTM販售的商品”SK-8000STM”(非碳黑光阻)，其係用以製造一光學”黑”區域，即一光穿透性非常低的區域； - 熱蒸鍍一金屬氧化電洞傳輸層(HTL)22於該層間介電質21之上與該底部接點20之上(圖4(b))；- 於該電洞傳輸層22之上旋塗並軟烤一P3HT：PCBM主動層11(圖4(c))；- 旋塗並軟烤一遮蔽材料層12於該P3HT：PCBM主動層11上，接著旋塗並軟烤一光阻層13於該遮蔽材料層12上(圖4(d))- 透過一陰影遮罩以UV光對該光阻曝光，並接著將該光阻顯影(圖4(e))；- 對該光阻層、該遮蔽材料層與該有機主動層利用氧氣電漿進行反應性離子蝕刻，直到該有機主動層在該等暴露位置處完全移除(圖4(f))；- 藉由水將該剩餘遮蔽材料層移除(圖4(g))；- 熱蒸鍍Ca/Ag陰極23(圖4(h))。
此外，為了比較具有相同主動區的裝置，以一非圖案化有機半導體層製造參考裝置。在該參考裝置中，該層間介電質21限制了該有機半導體層與該底部陽極20的接觸面積，因此不需圖案化該有機半導體層即可界定該主動區。
圖5顯示參考裝置所測得的電流-電位特性，其僅有一層間介電質而無有機層圖案化(“僅SC100”)，且用於利用本發明一方法製造的裝置(“完全圖案化”)。細曲線顯示該暗電流，而該粗曲線則圖示AM1.5G照度(1sun)之下的照光電流。與沒有有機層圖案化的裝置比較，可發現本發明的一圖案化製程並不會對電流-電位特性帶來重大改變。這顯示本發明一 有機層圖案化方法係適用於基於有機半導體完全圖案化裝置的製程中。
前文中描述詳細說明本發明一些實施例。然而，應了解無論本文中描述得多詳細，本發明仍可以多種方法實行。應注意在描述本發明的特定特徵或觀點時所使用的特定術語並不代表該術語係於本文中所重新定義以限定包含關聯於本發明中的特徵或觀點的任何特定特性。
本文中應用多種實施例詳細地顯示、描述，並指出本發明的創新方法，應理解所例示的裝置或製程可有各種對其形式與細節的省略、取代，與變化。

Claims (15)

  1. 一種用於光微影圖案化沉積於一基板上的一有機層之方法，該方法包含：提供一遮蔽層於該有機層之上；提供一光阻層於該遮蔽層之上；透過一陰影遮罩(shadow mask)對該光阻層照光；將該光阻層顯影，因而形成一圖案化光阻層；實行一第一乾蝕刻步驟，其係將該圖案化光阻層當作一遮罩，因而將位在沒有被該光阻層覆蓋的位置處的該遮蔽層完全移除，因此形成一圖案化遮蔽層；實行一第二乾蝕刻步驟，其係將該圖案化遮蔽層當作一遮罩，因而將位在沒有被該遮蔽層覆蓋的位置處的該有機半導體層完全移除；將該遮蔽層完全移除；其中將該遮蔽層完全移除包含將該遮蔽層暴露於水中。
  2. 根據申請專利範圍第1項的方法，其中該有機層為一有機半導體層。
  3. 根據申請專利範圍第1或第2項的方法，其中實行該第一乾蝕刻步驟進一步包含將該光阻層的至少一上部部分移除。
  4. 根據上述任何一項申請專利範圍的方法，其中實行該第二乾蝕刻步驟進一步包含將該光阻層的剩餘部分移除。
  5. 根據上述任何一項申請專利範圍的方法，其中實行該第二乾蝕刻步驟進一步包含將該遮蔽層的一上部部分移除。
  6. 根據上述任何一項申請專利範圍的方法，其中實行該第一乾蝕刻步 驟包含利用一氧氣電漿實行一反應性離子蝕刻步驟。
  7. 根據上述任何一項申請專利範圍的方法，其中實行該第二乾蝕刻步驟包含利用一氧氣電漿實行一反應性離子蝕刻步驟。
  8. 根據上述任何一項申請專利範圍的方法，其中該遮蔽層包含一無法交聯的水基聚合物材料。
  9. 根據上述任何一項申請專利範圍的方法，其中該遮蔽層包含下列任一種或其任意組合：聚乙烯吡咯烷酮(Polyvinylpyrrolidone)、聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol)、普魯蘭(Pullulan)。
  10. 根據上述任何一項申請專利範圍的方法，其中將該遮蔽層暴露於水中包含將該遮蔽層暴露至純水中或至一含水溶液中，其包含多於80%的水。
  11. 根據申請專利範圍第10項的方法，其中該含水溶液進一步包含IPA及/或甘油。
  12. 根據上述任何一項申請專利範圍的方法，其中該光阻為一溶劑可顯影光阻。
  13. 根據上述任何一項申請專利範圍的方法，其中該光阻為負型光阻(negative tone photoresist)。
  14. 根據上述任何一項申請專利範圍的方法，其中該基板為一可撓性箔片基板。
  15. 一種用於製造包含一有機半導體層的一電子裝置的方法，其中該方法包含利用根據申請專利範圍第1至14項中任一種方法將該有機半導體層圖案化。
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6043693B2 (ja) * 2012-10-19 2016-12-14 富士フイルム株式会社 保護膜形成用の樹脂組成物、保護膜、パターン形成方法、電子デバイスの製造方法及び電子デバイス
EP3175496B1 (en) 2014-08-01 2021-06-16 Orthogonal Inc. Photolithographic patterning of organic electronic devices
WO2016019212A1 (en) 2014-08-01 2016-02-04 Orthogonal, Inc. Photolithographic patterning of devices
CN107111254A (zh) 2014-08-01 2017-08-29 正交公司 装置的光刻图案化
KR102401991B1 (ko) 2014-08-01 2022-05-25 올싸거널 인코포레이티드 유기 전자 장치의 포토리소그래피 패터닝
CN108292714B (zh) * 2015-06-29 2020-04-28 Imec 非营利协会 有机层的高分辨率图案化方法
CN106011977B (zh) * 2016-06-30 2018-07-17 九牧厨卫股份有限公司 一种金属表面形成点状图案的方法
DE102016220086A1 (de) 2016-10-14 2018-04-19 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Mikrostrukturiertes organisches Sensorbauelement und Verfahren zu dessen Herstellung
JP6259509B1 (ja) * 2016-12-28 2018-01-10 株式会社エスケーエレクトロニクス ハーフトーンマスク、フォトマスクブランクス及びハーフトーンマスクの製造方法
US10276440B2 (en) 2017-01-19 2019-04-30 Honeywell International Inc. Removable temporary protective layers for use in semiconductor manufacturing
US20180340033A1 (en) * 2017-05-24 2018-11-29 The Penn State Research Foundation Polymeric additives for morphologically stable organic light emitting diode and methods of manufacture thereof
CN208608230U (zh) * 2017-08-01 2019-03-15 上海自旭光电科技有限公司 用于有机发光二极管显示器的制造设备
CN111276618A (zh) * 2018-12-05 2020-06-12 陕西坤同半导体科技有限公司 有机功能层及制备有机功能层的方法、显示面板
JP2022115080A (ja) 2021-01-27 2022-08-08 株式会社半導体エネルギー研究所 表示装置
US11815689B2 (en) 2021-04-30 2023-11-14 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Electronic device
US11699391B2 (en) 2021-05-13 2023-07-11 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device, display apparatus, and electronic device
CN114334617B (zh) * 2022-01-11 2022-09-09 南京邮电大学 一种用于基材上有机层光刻图案化的方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4220342B2 (ja) * 2003-09-16 2009-02-04 三星電子株式会社 半導体装置の製造方法
JP4815765B2 (ja) * 2004-07-29 2011-11-16 ソニー株式会社 有機半導体装置の製造方法
JP4507759B2 (ja) * 2004-08-18 2010-07-21 株式会社リコー 有機材料のパターン形成方法
KR100659061B1 (ko) * 2004-09-20 2006-12-19 삼성에스디아이 주식회사 유기 박막 트랜지스터 및 이를 구비한 평판표시장치
KR100669752B1 (ko) * 2004-11-10 2007-01-16 삼성에스디아이 주식회사 유기 박막 트랜지스터, 이의 제조 방법 및 이를 구비한평판표시장치
JP4718390B2 (ja) * 2006-08-01 2011-07-06 信越化学工業株式会社 レジスト下層膜材料並びにそれを用いたレジスト下層膜基板およびパターン形成方法
JP2010283240A (ja) * 2009-06-05 2010-12-16 Nippon Hoso Kyokai <Nhk> 薄膜のパターニング方法、デバイス及びその製造方法
JP2013054876A (ja) * 2011-09-02 2013-03-21 Canon Inc 有機発光装置の製造方法
JP2013084576A (ja) * 2011-09-30 2013-05-09 Canon Inc 有機ｅｌ表示装置の製造方法
JP6080438B2 (ja) * 2011-09-30 2017-02-15 キヤノン株式会社 有機ｅｌ装置の製造方法
JP2013168242A (ja) * 2012-02-14 2013-08-29 Canon Inc 有機発光装置の製造方法

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