TWI435177B - 用以形成圖案之合成物及其平面切換式印刷方法 - Google Patents
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Description
本發明係有關一種用以形成圖案之合成物，詳細而言，係有關一種用以形成圖案之樹脂合成物及其平面切換式印刷方法。
半導體裝置與平板式顯示裝置包含有複數個精細圖案。為了在一例如晶片或玻璃之基板上形成這些精細圖案廣泛使用一種攝影平版印刷法。請參閱「第1A圖」至「第1E圖」，攝影平版印刷法包含有以下步驟：塗覆一光抗蝕劑(PR)於一薄膜上；透過一具有精細圖案之光罩曝光此光抗蝕劑；顯影此曝光之光抗蝕劑；蝕刻此薄膜且剝離此光抗蝕劑。
「第1A圖」至「第1E圖」係為習知技術之用以形成一裝置之攝影平版印刷法之透視圖。
請參閱「第1A圖」，一薄膜10形成於一基板1上且一光抗蝕劑層20透過一塗覆光抗蝕劑之步驟形成於薄膜10上。薄膜10可包含有一半導體材料及一金屬材料。
請參閱「第1B圖」，一光罩3配設於一光抗蝕劑層20上且光線透過光罩3照射於光抗蝕劑層20上。光線可為一紫外線(UV)。由於光罩3具有一遮蔽區域及一透射區域，對應於遮蔽區域之光抗蝕劑層20之光抗蝕劑之非曝光部份21不被光線曝光且對應於透射區域之光抗蝕劑層20之轉化部份22被光線曝光。舉例而言，
曝光於光線之光抗蝕劑層20之轉化部份22由於曝光可經歷一化學變化。
請參閱「第1C圖」，光抗蝕劑層20之轉化部份22透過使用一顯影溶液之顯影步驟被去除。結果，光抗蝕劑之非曝光部份21，即一光抗蝕劑之非曝光部份21保留於基板1上之薄膜10之上。
請參閱「第1D圖」，薄膜10使用例如一蝕刻膜之光抗蝕劑之非曝光部份21被蝕刻用以形成一圖案11。舉例而言，薄膜10可透過一濕蝕刻方法或一乾蝕刻方法被蝕刻。在濕蝕刻方法中一化學溶劑可噴塗於薄膜10上，而在乾蝕刻方法中在兩個電極間產生之電漿與薄膜10相接觸。
請參閱「第1E圖」，光抗蝕劑之非曝光部份21(如「第1D圖」所示)被去除且基板1上之薄膜圖案11得以保留。
相應地，攝影平版印刷法需要昂貴的光罩及曝光裝置。此外，由於根據層之數目的光罩步驟之重複攝影平版印刷法需要高生產成本及一長製造時間。
相應地，本發明係有關一種用以形成圖案之合成物及其平面切換式印刷方法。其能充分克服由習知技術之侷限及缺點所帶來之一或多個問題。
本發明目的之一在於提供一種用於形成具有相對較高解析度圖案之合成物。
本發明另一目的在於提供一種不使用光光罩之平面切換式印刷方法。
本發明之優勢在於提供一種使用一模具形成圖案之平面切換式印刷方法。
本發明其他特徵及優點將在以下說明中描述，並且可以透過本發明如下的說明得以部分地理解或者可以從本發明的實踐中得出。本發明的目的和其他優點可以透過本發明所記載的說明書和申請專利範圍中特別指明的結構並結合圖式部份，得以實現和獲得。
為了獲得本發明的這些目的和其他特徵，現對本發明作具體化和概括性的描述，本發明的一種用以形成圖案之合成物包含有：大約1%至10%重量百分比的液態預聚合物；大約40%至60%重量百分比的帶有親水基之丙烯酸酯；大約10%至20%重量百分比的黏度調節劑；大約1%至5%重量百分比的光引發劑；以及一添加劑。
另一方面中，用以形成圖案之合成物包含有：大約10%至30%重量百分比的帶有親水基之液態預聚合物；大約10%至20%重量百分比的黏度調節劑；大約1%至5%重量百分比的光引發劑；以及一添加劑。
另一方面中，一種使用用以形成圖案之合成物之平面切換式印刷方法，其包含有以下步驟：形成一薄膜於一基板上；形成一
合成物之抗蝕層於此薄膜上，其中此合成物包含有：大約1%至10%重量百分比的液態預聚合物；大約40%至60%重量百分比的具有親水基的丙烯酸酯；大約10%至20%重量百分比的黏度調節劑；大約1%至5%重量百分比的光引發劑；以及一添加劑；配設一模具於此抗蝕層上；朝向抗蝕層按壓模具且透過模具照射一光線於抗蝕層上以形成一抗蝕圖案；自抗蝕圖案上分離模具；以及使用抗蝕圖案作為一蝕刻光罩蝕刻薄膜用以形成一薄膜圖案。
一種使用用以形成圖案之合成物之平面切換式印刷方法，其包含有以下步驟：形成一薄膜於一基板上；形成一合成物之抗蝕層於此薄膜上，其中此合成物包含有：大約10%至30%重量百分比的具有親水基的液態預聚合物；大約10%至20%重量百分比的黏度調節劑；大約1%至5%重量百分比的光引發劑；以及一添加劑；配設一模具於抗蝕層上；朝向此抗蝕層按壓模具且透過此模具照射一光線於抗蝕層上以形成一抗蝕圖案；自抗蝕圖案上分離模具；以及使用抗蝕圖案作為一蝕刻光罩蝕刻薄膜用以形成一薄膜圖案。
可以理解的是，如上所述的本發明之概括說明和隨後所述的本發明之詳細說明均是具有代表性和解釋性的說明，並且是為了進一步揭示本發明之申請專利範圍。
以下，將結合圖式部份對本發明的較佳實施方式作詳細說
明。圖式部份展示了實施例其中之一。
「第2A圖」至「第2F圖」係為本發明一實施例之平面切換式印刷方法之橫截面圖。平面切換式印刷方法包含有一在一基板上之薄膜上形成一抗蝕層之步驟；一使用一模具形成一抗蝕圖案之步驟；一使用此抗蝕圖案蝕刻此薄膜之步驟以及一去除此抗蝕圖案之步驟。
請參閱「第2A圖」，薄膜110形成於一基板100上且一抗蝕層120形成於薄膜110上。薄膜110可形成為一電極、一有機材料層以及一半導體裝置之半導體層之一。此外，薄膜110可形成為一閘極、一源極、一汲極、一液晶顯示裝置(LCD)之閘極線及一資料線之一。
請參閱「第2B圖」，一具有凸起及凹陷部份之模具130配設於抗蝕層120上。模具130可為具有聚雙甲基矽氧烷(PDMS)或聚氨酯丙烯酸酯之軟模具及一具有石英之硬模具之一。凸起及凹陷部份之形狀可根據一薄膜之圖案或抗蝕層120之厚度確定。
請參閱「第2C圖」，在模具130排列好之後以致模具130之凸起及凹陷部份與抗蝕層120(如「第2B圖」所示)相對，模具130被按壓以致模具130之頂部表面能與抗蝕層120相接觸。同時，紫外線透過模具130照射於抗蝕層120上。幾個力施加於抗蝕層120上，舉例而言，例如模具130與抗蝕層120間之一斥力、一將抗蝕層120移向模具130之凹陷部份之毛細力、施加於抗蝕
層120上之重力以及基板100及抗蝕層120間之一磨擦力或一附著力。因此，這幾個力之合成中產生一將抗蝕層120推向模具130之凹陷部份之力，並且抗蝕層120移向模具130之凹陷部份中。模具130之凹陷部份中之抗蝕層120被紫外線或加熱而硬化且聚合用以形成一抗蝕圖案121。
請參閱「第2D圖」，在抗蝕層120(如「第2B圖」所示)被硬化用以形成抗蝕圖案121之後，模具130被去除且對應於模具130之凹陷部份之抗蝕圖案121保留於薄膜110上。
通常，當抗蝕圖案使用一模具形成於一基板上時，需要將模具自抗蝕圖案上簡單分離這樣模具之表面能量較之抗蝕圖案之表面能量為低。表面能量由需要生成一固態或液態材料與氣態材料之界面的單位面積能量所定義。由於固態或液態材料具有一較高之表面能量，因此與氣態材料形成一界面是很困難的。此外，兩個固態或氣態之接觸材料間之界面能量可由兩個接觸材料之表面能量的關係所定義。
因此，在平面切換式印刷方法中，為了充分獲得一預設之抗蝕圖案121，模具130、抗蝕圖案121以及基板100(或薄膜110)之表面能量及抗蝕圖案121與模具130間以及抗蝕圖案121與基板100(或薄膜110)間之界面能量應該滿足以下關係。
ARM(γR+γM-γRM)<ARS(γR+γS-γRS)----------公式(1)
其中γM、γR以及γS分別係為模具、抗蝕層以及基板(或薄膜)
之表面能量，其中ARM以及ARS分別係為抗蝕層與模具間以及抗蝕層與基板(或薄膜)間之界面面積，以及γRM以及γRS分別係為抗蝕層與模具間以及抗蝕層與基板(或薄膜)間之界面能量。
附著功可透過自兩個接觸材料之表面能量總值中減去此兩個接觸材料之界面能量所定義。相應地，當抗蝕圖案及基板(或薄膜)間之附著功與界面面積相乘之值較之抗蝕圖案及模具間之附著功與界面面積相乘之值為大時，形成了預設之抗蝕圖案。
抗蝕圖案121及基板100(或薄膜110)間之附著功可由以下公式表示。
WRS=γR+γS-γRS----------公式(2)
由根據Young-Good-Girifalco之理論可獲得之公式(2)可見，為了增加抗蝕圖案121及基板100(或薄膜110)間之附著功WRS需要減少界面能量γRS。
此外，抗蝕圖案121及基板100(或薄膜110)間之界面能量可由以下參考Young的公式之公式表示。
γRS=γS-γR(cosθ)----------公式(3)
其中θ係為抗蝕圖案121及基板100(或薄膜110)間之在0至90度範圍內的接觸角。
由公式(2)及公式(3)可見，由於接觸角之減少，抗蝕圖案121
及基板100(或薄膜110)間之附著功增加了。
相應地，用於抗蝕圖案121之合成物可包含有對應於基板100(或薄膜110)具有低接觸角之液態預聚合物之氟丙烯酸酯/甲基丙烯酸酯。此外，由於用於軟模具之聚雙甲基矽氧烷(PDMS)具有一疏水基，當模具130係為軟模具時用於抗蝕圖案121之合成物可包含有一具有親水基之丙烯酸酯。而且，用於抗蝕圖案121之合成物之丙烯酸酯可包含有複數個能自由存在之取代基。舉例而言，一例如二丙烯酸酯或三丙烯酸酯之多丙烯酸酯可作為丙烯酸酯使用。
結果，本發明第一實施例之用於形成抗蝕圖案之合成物可包含有大約1%至大約10%重量百分比的液態預聚合物，例如氟丙烯酸酯/甲基丙烯酸酯、大約40%至大約60%重量百分比的具有親水基之丙烯酸酯、大約10%至大約20%之重量百分比的黏度調節劑、大約1%至大約5%之重量百分比的光引發劑及添加劑。合成物之成分及其組成比例如下表所示。
舉例而言，液態預聚合物可包含有八氟戊基丙烯酸酯及八氟戊基甲基丙烯酸酯之一，並且具有親水基的丙烯酸酯可包含有二甘醇二丙烯酸酯及二甘醇二甲基丙烯酸酯之一。此外，黏度調節劑可包含有丙烯酸丁酯及甲基丙烯酸丁酯之一，並且光引發劑可包含有Irgacure 379。進一步而言，添加劑可包含有一樹脂材料。
抗蝕圖案121及基板100(或薄膜110)間之附著功可透過使用光線之一附加化學反應而進一步提高。相應地，本發明第二實施例之用以形成抗蝕圖案之合成物可包含有大約1%至10%重量百分比的液態預聚合物，例如氟丙烯酸酯/甲基丙烯酸酯、大約40%至大約60%重量百分比的具有親水基之丙烯酸酯、大約10%至大約20%重量百分比的黏度調節劑、大約1%至大約5%重量百分比的光引發劑、大約10%至大約20%重量百分比的光發應劑及添加劑。合成物之成分及其組成比例如下表所示。
舉例而言，液態預聚合物可包含有八氟戊基丙烯酸酯及八氟戊基甲基丙烯酸酯之一，並且具有親水基的丙烯酸酯可包含有二甘醇二丙烯酸酯及二甘醇二甲基丙烯酸酯之一。此外，黏度調節劑可包含有丙烯酸丁酯及甲基丙烯酸丁酯之一，並且光引發劑可包含有Irgacure 379。進一步而言，光反應劑可包含有丙烯酯環氧丙烷及甲基丙烯酯環氧丙烷之一，並且添加劑可包含有一樹脂材料。
抗蝕圖案121及基板100(或薄膜110)間之附著功可透過使用加熱之一附加化學反應而進一步提高。相應地，本發明第三實施例之用以形成抗蝕圖案之合成物可包含有大約1%至10%重量百分比的液態預聚合物，例如氟丙烯酸酯/甲基丙烯酸酯、大約40%至大約60%重量百分比的具有親水基之丙烯酸酯、大約10%至大約20%重量百分比的黏度調節劑、大約1%至大約5%重量百分比的光引發劑、大約10%至大約20%重量百分比的熱流衍生物及添加劑。合成物之成分及其組成比例如下表所示。
舉例而言，液態預聚合物可包含有八氟戊基丙烯酸酯及八氟戊基甲基丙烯酸酯之一，並且具有親水基的丙烯酸酯可包含有二甘醇二丙烯酸酯及二甘醇二甲基丙烯酸酯之一。此外，黏度調節劑可包含有丙烯酸丁酯及甲基丙烯酸丁酯之一，並且光引發劑可包含有Irgacure 379。進一步而言，熱流衍生物可包含有聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯以及聚甲基丙烯酸甲酯之一，並且添加劑可包含有一樹脂材料。
本發明第四實施例之用於形成抗蝕圖案之合成物可包含有代替第一至第三實施例之液態預聚合物及具有親水基的丙烯酸酯之具有親水基的液態預聚合物。相應地，本發明第四實施例之用於形成抗蝕圖案之合成物可包含有大約10%至30%重量百分比的具有親水基之液態預聚合物、大約10%至大約20%重量百分比的黏度調節劑、大約1%至大約5%之重量百分比的光引發劑、大約10%至大約20%重量百分比的熱流衍生物及添加劑。合成物之成分及其組成比例如下表所示。
舉例而言，具有親水基之液態預聚合物可包含有八氟-2-羥-6-對丙烯酸酯及八氟-2-羥-6-三氟甲基對甲基丙烯酸酯之一，並且黏度調節劑可包含有丙烯酸丁酯及甲基丙烯酸丁酯之一。此外，光引發劑可包含有Irgacure 379，並且添加劑可包含有一樹脂材料。
儘管表4中未示，本發明第四實施例之合成物更包含有大約10%至大約20%重量百分比的光反應劑及熱流衍生物之一用以提高抗蝕圖案及基板(或薄膜)間之附著功。由於本發明合成物之抗蝕圖案具有一對應於基板(或薄膜)提高之附著功，因此可獲得具有優良外形之抗蝕圖案。
請再次參閱「第2D圖」，在模具130自基板100分離之後，具有薄膜110之基板100及抗蝕圖案121被傳送至一蝕刻裝置。
請參閱「第2E圖」，薄膜110使用抗蝕圖案121作為一蝕刻光罩透過濕及乾蝕刻方法之一被蝕刻用以形成一薄膜圖案111。
請參閱「第2F圖」，抗蝕圖案121(如「第2E圖」所示)透過一脫膜步驟被去除，並且薄膜圖案111保留於基板100上。薄膜圖案111之質量透過隨後之一電或光檢查步驟決定。
儘管在「第2A圖」至「第2F圖」中未示，在模具130自基板100分離之後，模具130用紫外線(UV)及臭氧(O3)清洗且再循環。
本發明中，由於平面切換式印刷方法使用模具替代高價格之光光罩，因此製造成本減少了且製造過程得以簡化。此外，本發
明第一至第四實施例之具有一合成物的抗蝕圖案具有一對應於模具的相對較低之附著功及一對應於基板(或薄膜)的相對較高之附著功。結果，由於模具之分離產生之變化及壓力被最小化且可獲得具有優良外形之抗蝕圖案。因此，形成一優良解析度之薄膜圖案且模具之壽命得以延長。
本領域之技術人員應當意識到本發明之用以形成圖案之合成物及其平面式印刷方法在不脫離本發明之精神和範圍的情況下，所作之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍之內。因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。
1、100‧‧‧基板
3‧‧‧光罩
10、110‧‧‧薄膜
11、111‧‧‧薄膜圖案
20‧‧‧光抗蝕劑層
21‧‧‧光抗蝕劑之非曝光部份
22‧‧‧光抗蝕劑層之轉化部份
100‧‧‧基板
120‧‧‧抗蝕層
121‧‧‧抗蝕圖案
130‧‧‧模具
UV‧‧‧紫外線
PR‧‧‧光抗蝕劑
第1A圖至第1E圖係為習知技術之用以形成一裝置之攝影平版印刷法之透視圖；以及第2A圖至第2F圖係為本發明一實施例之平面切換式印刷方法之橫截面圖；
100‧‧‧基板
110‧‧‧薄膜
121‧‧‧抗蝕圖案
130‧‧‧模具
UV‧‧‧紫外線
Claims (14)
- 一種用以形成圖案之合成物，其包含有：大約1%至10%重量百分比的包含八氟戊基甲基丙烯酸酯之液態預聚合物；大約40%至60%重量百分比的帶有親水基之丙烯酸酯，該丙烯酸酯包含二甘醇二甲基丙烯酸酯；大約10%至20%重量百分比的包含甲基丙烯酸丁酯之黏度調節劑；大約1%至5%重量百分比的光引發劑；以及一添加劑，包含一樹脂材料。
- 如申請專利範圍第1項所述之用以形成圖案之合成物，更包含有大約10%至大約20%重量百分比的光反應劑。
- 如申請專利範圍第2項所述之用以形成圖案之合成物，其中該光反應劑包含有丙烯酯環氧丙烷及甲基丙烯酯環氧丙烷之一。
- 如申請專利範圍第1項所述之用以形成圖案之合成物，更包含有大約10%至大約20%重量百分比的熱流衍生物。
- 如申請專利範圍第4項所述之用以形成圖案之合成物，其中該熱流衍生物可包含有聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯以及聚甲基丙烯酸甲酯之一。
- 一種用以形成圖案之合成物，其包含有：大約10%至30%重量百分比的帶有親水基之液態預聚合 物，該液態預聚合物包含八氟-2-羥-6-對丙烯酸酯；大約10%至20%重量百分比的包含甲基丙烯酸丁酯之黏度調節劑；大約1%至5%重量百分比的光引發劑；以及一添加劑，包含一樹脂材料。
- 如申請專利範圍第6項所述之用以形成圖案之合成物，更包含有大約10%至大約20%重量百分比的光反應劑。
- 如申請專利範圍第7項所述之用以形成圖案之合成物，其中該光反應劑可包含有丙烯酯環氧丙烷及甲基丙烯酯環氧丙烷之一。
- 如申請專利範圍第6項所述之用以形成圖案之合成物，更包含有大約10%至大約20%重量百分比的熱流衍生物。
- 如申請專利範圍第9項所述之用以形成圖案之合成物，其中該熱流衍生物可包含有聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯以及聚甲基丙烯酸甲酯之一。
- 一種使用用以形成圖案之合成物之平面切換式印刷方法，其包含有以下步驟：形成一薄膜於一基板上；形成一合成物之抗蝕層於該薄膜上，其中該合成物包含有：大約1%至10%重量百分比的包含八氟戊基甲基丙烯 酸酯之液態預聚合物；大約40%至60%重量百分比的具有親水基的丙烯酸酯，該丙烯酸酯包含二甘醇二甲基丙烯酸酯；大約10%至20%重量百分比的包含甲基丙烯酸丁酯之黏度調節劑；大約1%至5%重量百分比的光引發劑；以及一添加劑，包含一樹脂材料；配設具有凸起及凹陷部份之一模具於該抗蝕層上；朝向該抗蝕層按壓該模具且透過該模具照射一光線於該抗蝕層上以形成一抗蝕圖案；自該抗蝕圖案上分離該模具；以及使用該抗蝕圖案作為一蝕刻光罩蝕刻該薄膜用以形成一薄膜圖案，以及透過一電學或光學檢查判定該薄膜圖案之品質。
- 如申請專利範圍第11項所述之平面切換式印刷方法，其中該模具包含有聚雙甲基矽氧烷(PDMS)、聚氨酯丙烯酸酯及石英之一。
- 一種使用用以形成圖案之合成物之平面切換式印刷方法，其包含有以下步驟：形成一薄膜於一基板上；形成一合成物之抗蝕層於該薄膜上，其中該合成物包含 有：大約10%至30%重量百分比的具有親水基的液態預聚合物，該液態預聚合物包含八氟-2-羥-6-對丙烯酸酯；大約10%至20%重量百分比的包含甲基丙烯酸丁酯之黏度調節劑；大約1%至5%重量百分比的光引發劑；以及一添加劑，包含一樹脂材料；配設具有凸起及凹陷部份之一模具於該抗蝕層上；朝向該抗蝕層按壓該模具且透過該模具照射一光線於該抗蝕層上以形成一抗蝕圖案；自該抗蝕圖案上分離該模具；以及使用該抗蝕圖案作為一蝕刻光罩蝕刻該薄膜用以形成一薄膜圖案，以及透過一電學或光學檢查判定該薄膜圖案之品質。
- 如申請專利範圍第13項所述之平面切換式印刷方法，其中該模具包含有聚雙甲基矽氧烷(PDMS)、聚氨酯丙烯酸酯及石英之一。
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