專利名稱：用于微細加工的激光抗蝕劑轉移的制作方法
用于微細加工的激光抗蝕劑轉移技術領域一般而言，本發明涉及微電子器件的制造，具體而言，本發明涉及 應用干過程，采用由激光轉移形成的抗蝕劑來制造微電子器件。
背景技術：
平板印刷圖案化技術已用于微電子器件的常規制造中，包括用于平板應用的薄膜晶體管(TFT)陣列。已證明應用于微細加工的常規光致 抗蝕劑平板印刷技術能于約100納米的尺寸內在基板上限定結構及形成 材料區域。基于一印刷模型，該平板印刷過程形成接受或排斥(不接受)涂料 (如油墨)或某些其他處理的區域的圖案。常規照相平板印刷需少數的 基本步驟，并根據所用材料及其他因素而變化。通常順序如下(i) 濕涂布正作用或負作用的光致抗蝕劑(例如通過旋涂)；(ii) 預烘焙該光致抗蝕劑；(iii) 使用光掩模對準器，經由覆蓋掩模曝露于某種形式的電磁 輻射下形成該圖案；(iv) 固化該被掩模的圖案，例如通過后烘焙；及(v) 使用液體蝕刻劑去除該未固化部分。 隨后涂布或處理該表面，可去除該保護性光致抗蝕劑圖案自身。 步驟(i)至(v)可于空氣中實施，例如于潔凈室環境中實施，且通常使用不同的設備件實施。或者，可在真空下實施一或多個步驟，例 如涂布沉積。由于在這些步驟的每一步中實施的過程的性質極為不同， 因此難于將步驟(i)至(v)合并在任一類型的自動連續制造系統或裝 置中且成本較高。人們已花費相當大的精力來改進如于上文步驟(i)至(v)中所列 的常規方法，旨在形成更高的尺寸分辨率、更低的成本并取消使用諸如 蝕刻劑等化學品。 一項特別有益的改進為取消對液體蝕刻劑之需要的等 離子蝕刻技術的細化。參照上述步驟(v),使用等離子蝕刻能在干環 境中實施微平板印刷制造。如微平板印刷技術領域的技術人員所熟知，常規光致抗蝕劑材料所 接受的總暴露量與照明隨時間的積分遵守"倒易定律"。在使用常規光 致抗蝕劑的缺點中， 一個缺點為需要小心控制環境照明直至固化結束。 常規光致抗蝕劑通常使用光譜紫外部分中的光曝露，在該部分中光子能 量特別高。使用光致抗蝕劑微細加工半導體部件的實例于美國專牙'J6,787,283號(Aoai等人)中給出。由于光致抗蝕劑的這種響應特性及其他缺點，已證明另 一類抗蝕劑 材料即熱抗蝕劑材料更適合于微平板印刷制造。熱抗蝕劑響應于熱能而 非隨時間積累的曝露量。大多數熱抗蝕劑響應于紅外及近紅外范圍的輻 射且可非正式地稱為"紅外抗蝕劑"。然而，在紫外區域也可有可供選 擇的熱抗蝕劑，例如，如美國專利6,136,509 (Gelbart)中所述。使用熱抗蝕劑因提供可代替常規涂布(上文給出的步驟(i))的干 過程而可提供諸多優點。此外，在可使用高聚焦輻射能將熱抗蝕劑圖案 直接施涂至基板的情況下，對于掩模的需求可取消或降至最低，且預烘 焙及固化過程(上述步驟(ii)及(iv))皆可能不再使用。認識到這些優點，許多專利公開已提出使用激光能量的熱抗蝕劑應 用，這些專利公開包括下列美國專利5,858,607 (Burberry等人)公開了一種將圖案化材料自供 體片直接轉移至平板印刷板上的方法。用經涂布供體片覆蓋親水性 平板印刷載體例如鋁或經涂布的聚酯。該供體片包括轉移層，該轉 移層含有吸收激光輻射的材料及具有下式的以下單元的重復單元 的聚合物粘合劑——CH2—C——其中w代表氰基、異氰酸酯、疊氮化物、磺酰基、硝基、五價磷基、膦酰基、雜芳基，或W為氬、烷基或與W所列舉的相同；及 接受體，該接受體由載體構成，該載體具有親水性表面，以便當成影像加熱時，該粘合劑轉移至該親水性接受表面。用使粘合劑轉移 至接受體的高強度激光束成影像地曝露該組件。該轉移要求相對低 的曝露量，不用化學品或溶液處理該板且無后烘焙或其他后處理。美國專利6,855,384 ( Nirmal等人)公開了 一種方法，其用于使發光 聚合物圖案化，形成有機電致發光器件的發射層。Nirmal等人'384的方 法提供了轉移供體片，使該供體片緊靠接受基板，及使該轉移層自該供 體選擇性地熱轉移至該接受體。該供體片包括基板及轉移層，而該轉移 層包括發光聚合物與添加劑的共混物。該添加劑可經選擇以促進該轉移 層的高保真度熱轉移。美國專利申請公開第2005/0074705號(Toyoda) 公開了將抗蝕劑材料自供體片至基板的粘著轉移。在Toyoda 74705的 方法中，借助于輻照能量束使一層抗蝕劑材料融合或熔融在基板上。然 后移走未融合的供體材料，留下附著于該基板表面的抗蝕劑圖案。有利地，Burberry等人'607、 Nirmal等人'384及Toyoda 74705公開 的方法提供了 一干過程，取消了任何最初用未固化抗蝕劑材料涂布基板 的要求，取消或降低了被掩模的要求，并允許使用等離子蝕刻技術。然 而，盡管具有這些優點，但仍存在某些性能缺陷。在這些公開文獻中的每種方法所使用的粘著轉移對于維持精確的 公差皆具有固有限制。為闡明這一點，圖l和2以簡化示意圖形式表示 了該粘著轉移過程，顯示側視圖(未按比例繪制)。參照圖1,在粘著 轉移圖案化裝置10中，于載體72上的具有轉移層68(例如熱抗蝕劑材 料層)的供體片70直接緊挨基板18放置。將激光束26或某一其他形 式的高聚焦輻射能量施加至供體片70。在激光束26直接入射的區域， 發生光熱轉化，熔融轉移層68的對應部分并因此使該部分粘著至基板 18的表面。粘著轉移有時可適宜地稱為"熔融"轉移。圖2顯示粘著轉移的常見問題。當自基板18剝離供體片70時出現 此問題。如標記為Q的放大區域中所更清楚地顯示的，在轉移層68的 某一部分粘著至基板18表面的地方形成形體(feature) 74。此處，形體 74為該熱抗蝕劑圖案的一部分，而轉移層68是熱抗蝕劑材料。理想地， 在形體74或其他抗蝕劑材料結構的邊緣，在意欲粘著至基板18的抗蝕 劑供體部分和與自粘著的形體74移走或"撕掉"的其他部分之間發生 規則的分離。然而，可能出現兩個問題中的一個，如圖2中所示。首先， 如圖2中的多余部分76所示，當去除覆蓋的供體片70時，未粘著的抗蝕劑供體的一部分可能未規則地分離。多余部分76甚至可能無意地粘 著至基板18表面，例如通過過熱引起，或可從轉移層68的其余部分撕 掉。例如，多余部分76的存在可導致電路跡線的邊緣參差不齊。另一可能存在的問題涉及未完全固著至基板18的粘著抗蝕劑轉移 層68的一部分，這是因為例如存在某些輕微的表面缺陷，或因為抗蝕 劑轉移層68上的周圍未粘著抗蝕劑供體的厚度或強度過大。在圖2中， 撕裂部分78與供體片70—同被揭起。當撕裂部分78較小時，其影響 可能覺察不到。然而，在某些情況下，在已移除過多的抗蝕劑材料的地 方，此影響可能會導致表面形體的邊緣參差不齊。可采取各種措施來降低出現撕裂部分的可能性，并改進總的粘著結 合狀況。例如，為了消除這種影響，獲得與供體片的規則分離，Toyoda 74705專利公開甚至建議于該供體片結構中添加脫模潤滑劑或其他試 劑。但是，由于不可能獲得圖案的粘著部分與未粘著部分間的完好分離， 故如Burberry等人'607、 Nirmal等人'384及Toyoda 74705中所提出的， 粘著轉移在維持精確邊緣限定方面存在固有問題。這又會限制使用粘著 結合方法形成的抗蝕劑圖案所可能獲得的尺寸分辨率。粘著轉移的另一顯著缺點涉及總能量水平要求。當供體片與接受基 板切實(flush)接觸時，激光點必然會經由熱擴散損失一定量的熱量。 這種作用現象反過來要求使用更高的曝露量來影響熔融及粘著所需的 任何物理改變。當接受基板為具有高導熱性的金屬表面時，熱擴散尤其 成問題。粘著轉移的另外一些缺點涉及對于供體與接受基板間緊密且平坦 的表面接觸的需要。精確性及高分辨率要求供體與接受體在粘著轉移期 間接觸。接受體表面上任一類型的表面形體的存在趨于使該供體與該接 受體表面分離，導致使用粘著轉移技術的精確轉移的結合條件不太理 想。同樣，灰塵或污物顆粒即使在受控的"潔凈室"環境中也會不可避 免地沉降于供體與接受基板的表面之間。由灰塵或其他微粒導致的不完 美粘著結合可具有明顯的效應，導致在靠近接觸點處出現脫落。因此，需要使用干媒介在基板上進行熱抗蝕劑圖案化的裝置及方 法，其允許改進的粘著抗蝕劑與周圍區域的邊緣限定，不會將過多的熱 量引導至供體或接受基板上，對于轉移至形體表面十分有效，且與常規 粘著轉移相比，在對灰塵及污物方面更具4氏抗力。發明內容為響應對改進的熱抗蝕劑圖案化的需求，本發明提供了一種用于在基板上形成抗蝕劑圖案的方法，其包括a) 將包括熱抗蝕劑材料層的供體元件靠近該基板放置；b) 維持一間隙，以使該熱抗蝕劑材料層的表面與該基板的表面被 多個間隔元件間隔開；及c) 依照該抗蝕劑的圖案將熱能導向該供體元件，從而通過燒蝕轉 移使熱抗蝕劑材料的一部分跨越該間隙自該供體元件轉移并沉積于該 基板上，形成該抗蝕劑圖案。在下文所列優選實施方案的詳細描述將使本發明及其目的和優點 變得為加明顯。
盡管本說明書以特別指出的權利要求和明確要求的本發明主題結 論來結束，但申請人確信，當與附圖相結合時，自下面的說明將使本發 明得到更好的理解，其中圖1是顯示使用常規粘著轉移的圖案化裝置的方塊圖； 圖2是顯示在移除供體時粘著轉移所存在的顯著問題的方塊圖； 圖3是顯示根據本發明施加熱抗蝕劑圖案的圖案化裝置的方塊圖； 圖4是未按比例繪制的剖面側視圖，其顯示在供體/基板界面處的各 組件；圖5是一任選實施方案中的剖面側視圖，其顯示在供體/基板界面處 的各組件；及圖6是顯示使用本發明方法及裝置形成表面元件的工藝步驟的方塊圖。
具體實施方式
具體而言，本發明涉及用于形成本發明裝置的一部分或與本發明裝 置更直接合作的元件。應了解，文中未具體顯示或闡述的元件可采取本 領域技術人員所熟知的各種形式。不同于先前于背景技術部分中闡述的粘著轉移方法，本發明的圖案化方法利用燒蝕轉移，使用熱或光能使抗蝕劑材料自供體元件轉移至待 圖案化的層上。在該方法中，使供體元件例如涂布有抗蝕劑材料(有機 或無機)的供體片或其他物件緊靠著待用一層材料(例如鋁)圖案化的接受體，例如TFT基板。掃描激光束(或激光頭)在該供體受到曝照的 地方使該抗蝕劑材料以一圖案自該供體元件轉移至該接受體。可經由掩 模將該抗蝕劑圖案寫在該基板上。或者，可使用數字寫入或直接寫入方 法，例如可使用用于硅晶片者(即無掩模平板印刷)。在大多數應用中， 以此方式形成的抗蝕劑圖案無需進 一 步處理或固化。去除該供體元件后，該基板繼續接受蝕刻，或濕蝕刻或等離子蝕刻。 如同在常規蝕刻中，去作該沉積層中未受到抗蝕劑保護的地方。然后可 例如通過氧等離子剝除該抗蝕劑，且該基板將繼續進行其他制造步驟， 例如另外的圖案沉積。上文給出的背景技術部分闡述了自供體媒介粘著轉移熱抗蝕劑材 料所存在的問題。為克服粘著轉移所固有的問題，本發明使用燒蝕材料 轉移，跨越一間隙自該供體媒介轉移至接受基板。術語"燒蝕轉移"廣 義上可理解為由熱引發的自供體媒介的轉移，其中該供體媒^j^一組分的 至少一部分轉化成氣態。轉化成氣態的材料可為抗蝕劑材料本身或可為 該供體的因而用作燒蝕轉移推進劑的某些其他組分材料。在此兩種情況 下，膨脹成氣體形式產生推動力，該推動力在燒蝕轉移中起轉移機制作 用。燒蝕轉移的廣義分類可包括升華轉移，其中某些或全部的受熱抗蝕 劑供體材料自固體轉變成蒸氣。燒蝕轉移亦包括斷裂轉移或微粒轉移， 其中至少某些部分的供體材料實際上沒可能轉化成氣態，但卻被該供體 某些受熱組分向蒸氣形式的轉化而有效地斷裂及推動。在燒蝕轉移中， 該供體抗蝕劑材料受到推動，跨越該供體表面與接受基板之間的間隙。 燒蝕轉移的該蒸氣化及氣相流動機制使該轉移方法有別于常規的粘著 轉移，常規粘著轉移依賴于供體與接受體間的緊密接觸(即，無間隙)， 且使用某一類型的熔融使該抗蝕劑材料在供體與接受體之間轉移。最初開發的是用來支持自供體至接受媒介的著色劑轉移，燒蝕轉移 技術利用供體與接受體表面間的間隙來防止如參照圖1所述的粘著轉移 的某些固有問題。在該轉移過程中，使待沉積的熱抗蝕劑材料或該供體 中的某些其它起推進劑作用的材料加熱至升華或燒蝕狀態，使該供體的或其他加熱源的適當加熱，產生的蒸氣和/或燒蝕固體以部分或完全氣化形式自該供體跨越該間隙到達該接受體表面。在該接受體(基板18 )處， 所產生蒸氣及燒蝕固體的沉積構建起表面形體74 (如圖2中所示)，其 形成該熱抗蝕劑圖案。有許多推進劑材料可用于燒蝕轉移。推進劑材料將沉積于該供體內(例如，于輻射吸收層36中，圖4),這樣，由該推進劑材料自該激光 或光源吸收的熱產生氣體或蒸氣，提供所需的力來引導該抗蝕劑材料跨 越該間隙落于該接受基板上。適于此功能的材料包括聚氰基丙烯酸酯(PCyA)及馬來酸酐的共聚物(Gantrez樹脂)。其他類型的聚合物也 適用。現在參照圖3,圖3顯示根據本發明的燒蝕轉移圖案化裝置100, 圖案化裝置100用于將材料自供體轉移元件例如供體片(下文將稱為供 體元件12)轉移至基板18上。圖案化裝置100的激光14可為二極管激 光或任何其他高功率激光，其可產生激光束26。本發明中可同時使用一 個以上的激光14或激光束26。為了掃描激光束26以提供激光束26與 供體元件12間的相對運動，包括可移動鏡的檢流計22使該激光束穿過 平場聚焦(F-theta)透鏡24掃描，沿方向X形成掃描線。本領域技術 人員將知曉，掃描該激光束亦可通過其他類型的可移動反射性表面達 成，例如旋轉具有鏡面的多面體，或通過其他裝置達成，例如旋轉衍射 光柵。或者，所需的相對運動可通過相對于激光束26移動的基板18提 供。在圖3所示的實施方案中，傳送平臺32使供體元件12及基板18 沿Y方向(其與掃描線垂直)傳送，使整個面積均得到掃描。任一掃描 點上束26的強度皆由激光功率控制線30使用來自控制邏輯處理器28 的指令來控制。或者，激光束26的強度可由單獨的調制器諸如聲光調 制器(未圖示)來控制，如激光光學領域的技術人員所熟知。在一個替 代實施方案中，基板18可保持不動，而使激光寫入裝置移動或使激光 束26在光學上重新定向。重要的特征為激光束26與基板18間有相對 運動，以允許全面積掃描。如圖3中所示，供體元件12與顯示器基板18呈轉移關系放置。下 文更詳細論述供體元件12及基板18的結構、材料及制造。可通過夾持、 施加壓力、粘合劑或諸如此類使供體元件12及基板18保持在適當位置，并任選地加熱供體元件12及基板18中的任一個或同時加熱二者。用于 此布置的固定實例揭示于共同受讓的美國專利6,695,029 ( Phillips等人) 中，該專利的公開內容特此以引用方式并入。轉移優選于惰性氣氛，例 如氮氣或氬氣，或于真空下發生。如圖3及4中所示，供體元件12與 基板18的期望向其轉移材料的部分間有間隙G。使用間隔件88,例如 嵌入式珠粒或其他間隔元件，來維持間隙G。參照圖3及4,平場聚焦透鏡24使激光束26聚焦于供體元件12的 輻射吸收層36上，同時檢流計22掃描該激光束。激光束26必須具有 足夠的功率以將輻射吸收層36加熱至足夠高的溫度，導致燒蝕轉移， 以便推動轉移熱抗蝕劑層38(亦稱為抗蝕劑層)中的材料至顯示器基板 18,從而在基板18上形成轉移抗蝕劑部分44。圖4以虛線輪廓顯示待 形成的形體74。在一個實施方案中，燒蝕轉移通過使熱抗蝕劑層38中的材料部分 或全部氣化并隨后沉積于顯示器基板18上而發生。平場聚焦透鏡24的 光點大小幾何指示熱抗蝕劑層38的待轉移區域。該布置使得當激光束 26具有足夠的功率來實施給定速率的掃描時，該光點大小使得材料自熱 抗蝕劑層38的待選擇性轉移的輻照部分穿過間隙G自供體元件12轉移 至基板18上類似于"像素，，的指定區域。在圖3中，激光束26以兩個 有間隔的箭頭表示。為了方便圖解說明，應了解激光束26實際上已于 兩個不同的位置間移動，在那里開啟激光束來轉移部分抗蝕劑層38 。在一個優選的實施方案(圖3 )中，通過檢流計22使激光束26穿 過供體元件12連續掃描，同時通過來自控制邏輯處理器28的指令調制 激光能量。調制入射于供體元件12上的激光能量使熱抗蝕劑層38的經 選擇掃描區域中的抗蝕劑材料以可選擇量轉移至基板18。在一個優選的 實施方案中，抗蝕劑層38中的大部分或全部材料轉移至基板18上。激光14必須經匹配以適合抗蝕劑層38中熱抗蝕劑材料的組成及適 合輻射吸收層36中用于燒蝕轉移的其他材料。對于大多數可使用的熱 抗蝕劑類型，激光14可為紅外固態激光、釹YAG激光或可提供足夠的 功率來達成該抗蝕劑層的轉移的任何其他激光。所需功率取決于使輻射 吸收層36的吸收與激光14的波長匹配。光點形狀可為橢圓形，以允許 在使用低成本多模式激光的情況下寫入小的線，如其共同受讓的美國專 利6,252,621 (Kessler等人)中所教導的，該專利的公開內容在此以引用方式并入。在該優選實施方案中，轉移過程中所用供體元件12包括可透射激 光的供體載體34、可將激光轉化成熱的用于輔助轉移的激光吸收層36 及待轉移的抗蝕劑層38。在個別的實施例中，除層36外，抗蝕劑層38 也可起輻射吸收層作用，或另一選擇為可省略層36。再一選擇為，支持 層34也可用作輻射吸收層，可省略單獨的層36。可用于本發明中的供 體載體及輻射吸收材料的實例可見于美國專利4,772,582 (DeBoer)。供 體載體34必須能于光至熱引發的轉移期間維持結構完整性。滿足這些 要求的載體材料包括，例如玻璃、金屬箔、塑料(聚合物)箔及纖維增強塑料箔。塑料箔非常適用于大多數應用。雖然可使用已知的工程方法 根據載體材料適于處理入射激光輻射的性質來選擇合適的載體材料，但應了解，當構造成本發明的供體載體時，所選擇載體材料的其他性質應 有益于特定的考慮。例如，某些載體材料在用可轉移抗蝕劑材料預涂布 之前需要多步驟清潔及表面準備過程。輻射吸收層36中所用材料可為染料，例如于共同受讓'的美國專利 4,973,572 ( DeBoer )和5,578,416 ( Tutt)中所規定的染料，或為顏料， 例如炭黑。輻射吸收層36可為金屬，例如鉻、鎳或鈦，或為借由其抗 反射性質吸收輻射的材料的疊層。主要判斷標準為輻射吸收層36于給 定波長下以高至足以使材料自抗蝕劑層38轉移的強度吸收激光。眾所 周知，此轉移的效率取決于激光積分通量、光點大小、束重疊及其他因 素。通常，激光吸收層36的光學密度應為至少0.1 (吸收20%的光)。輻射吸收層36除具有吸光材料外，可優選含有聚合物粘合劑或無 定形有機固體。這些粘合劑及固體優選對熱不穩定或為可產生氣體的物 質，例如聚氰基丙烯酸酯、硝基纖維素、馬來酸酐的共聚物以及于美國 專利6,190,827 ( Weidner)及美國專利6,165,671 ( Weidner等人)及其射吸收層36還可含有所需的其他聚合物及有機固體以確保該層的物理 整體性。抗蝕劑層38可含有聚合物粘合劑、無定形有機固體及顆粒或球形 珠粒。或者，抗蝕劑層38還可含有這些材料與上文參照輻射層36所述 的輻射吸收材料及熱不穩定物質的混合物。層38的聚合物粘合劑可包括已知的可于微平板印刷過程中提供抗蝕劑性質的聚合物，例如Shipley公司(Marlborough, MA)的Shipley G-Line或MicropositTM抗蝕劑，且包括諸如下列的材料聚曱基丙烯酸 酯及丙烯酸酯、聚苯乙烯及與丁二烯、丙烯酸酯及曱基丙烯酸酯或丙烯 腈的共聚物、聚酯、聚酰胺、聚酰亞胺、聚氯乙烯及與乙酸乙烯酯的共 聚物、聚乙烯酯、聚胺基曱酸酯、聚乙酸乙烯酯及聚乙酸丁烯酯、環氧 化物、聚酰亞胺、酚醛樹脂、聚乙烯基苯酚樹脂及諸如此類。抗蝕劑層38的無定形有機固體可為如先前所引用的美國專利 6,165,671中所述的單體態樹脂，例如氫化及部分氫化的松香酯及類似的 ^>香酯。市售材料包括氬化木松香的甘油酯，例如Staybellite Ester 10 (Hercules);氫化松香的甘油酯，例如Foral 85 (Hercules);及改性 松香的季戊四醇酯，例如Pentalyn 344 (Hercules)。層38的無定形有的美國專利5,891,602號(Neumann)中所述的單體態玻璃狀固體。層 38的無定形有機固體還可為分子量小于約4000的低聚樹脂，例如聚酯 tone 260。間隔元件供體元件12與基板18間所用的顆粒、珠粒或其他間隔元件，例如 圖4中的間隔件88可為許多形狀規則或不規則的或球形顆粒中的任一 種，其組成可為有機的或無機的。間隔元件的尺寸可為直徑在約0.1-IOO微米之間，且優選具有介于約1 - 20微米之間的較為均一的尺寸。使用間隔件來維持供體元件12與基板18間的間隙G更詳細地闡述 于共同受讓的美國專利申請公開第2003/0162108號(Burberry等人)中; 其公開內容以引用方式并入本文中。間隔珠粒的實例公開于美國專利 4,876,235 ( DeBoer )中。間隔件88或其他間隔元件可包埋于抗蝕劑層38中或可形成于輻射 吸收層36或供體載體34內，或可形成于這三層的任一組合內。或者， 間隔元件可形成在基板18的表面上或可于抗蝕劑圖案轉移處理之前引 入至任一表面上。作為另一替代方案，可使用供體元件12或基板18的 粗糙性來提供間隔G。供體元件12的各層中的任一層除已公開的材料外還可包括表面活 性劑(需要其作為涂布助劑并用于改善表面性質)、硬化劑、粘著促進劑等(需要其用于形成物理整體性并處理所制造的裝置)。也可將染料 及顏料添加至供體元件12各層的任一層中以便觀察過程。供體元件12基板可為任何自支撐材料，包括片狀材料，例如金屬 或聚合物膜。在本發明的優選實施方案中，該接受載體為聚酯(例如EstarTM)。可圖案化的材料實例為所有的可蝕刻金屬或導體、半導體、介電材 料及聚合物。下文的實例顯示可使用熱抗蝕劑及激光蝕刻圖案化的材 料。通常與這些抗蝕劑一起使用的一些金屬或導體為鋁、鈦、銀、金、鉻、錫、ITO、鈿等。通常使用的半導體包括多晶硅、無定形硅、經摻 雜硅、砷化鎵(GaAs)、氮化鎵(GaN)、銻化銦(InSb)、鍺等。某 些常用的介電材料包括氮化硅、氧化硅、氧氮化硅的單或多組合層、金 屬氧化物(包括氧化鋁、氧化鈦)及有機材料(包括苯并環丁烯(BCB)、 旋涂玻璃、丙烯酸樹脂、特氟隆、聚酰亞胺等)。常用的聚合物包括三 乙酸纖維素、聚噻吩等。該接受基板可為任何自支撐材料，包括，例如，金屬、玻璃、硅及 聚合物膜。在本發明一個實施方案中，基板18是玻璃。轉移氣氛可為真空、大氣或濕度極低的環境。照明可為完全黑暗、 黃光(無紫外)、全光i普光或使用白熾光或熒光的標準室照明。所用蝕刻過程可使用等離子和反應性離子蝕刻劑、等離子火炬或濕 蝕刻劑于真空中實施。用于等離子蝕刻的蝕刻氣體實例包括。12、 BC13、 SF6、 02、 H2、 CH4、氯仿及N2。實例性濕蝕刻劑包括HC1、硝酸、酸式 酸、磷酸、氯化鐵及硝酸鐵。實施例1自環戊酮、N-曱基吡咯烷酮及甲醇和0.01 wt。/o表面活性劑Silwet L7001 (GE Silicones)的混合物用含有(0.332 g/m2)聚氰基丙烯酸酯、 (0.054 g/m2 )具有下列結構的紅外染料1連續地涂布包含102微米聚對 苯二甲酸乙二醇酯載體的供體元件，該載體包含用二羥基二氧雜環己烷 硬化的0.43 g/m2明膠的亞層，然后自甲乙酮及乙醇的混合物用抗蝕劑轉移層涂覆該組件，該抗蝕劑轉移層含有(1.08 g/m2) Foral 85 (氫化的松香酯，Hercules Corp.)粘合劑、 來自DayGlo Corporation的(1.08 g/m2)有機顏料(Organic Pigment) T-ll (于直徑4至5微米的熱固性樹脂珠粒(Thermoset Resin Bead)中 的固態染料溶體)、(0.118 g/m2)聚乙烯縮丁醛、(0.027 g/m2)若丹 明(Rhodamine ) 6G染料及DC1248 ( Dow Corning )(占該溶液的0.02Wt。/o的硅酮表面活性劑)。供體元件12置在基板18上，基板18由涂覆有500埃的鋁的玻璃 板構成，其中抗蝕劑涂覆側毗鄰基板表面上的鋁。通過用紅外激光束穿 過基板18輻照供體元件12來達成熱抗蝕劑材料自供體元件12至基板 18的激光轉移。對于沿寬束方向的1&2點掃描激光束大小約為16微米 乘以80微米。在適宜的功率密度下，停留時間為27微秒。轉移在期望 由抗蝕劑材料覆蓋的區域中形成，其中鋁于蝕刻后保留。在抗蝕劑轉移后去除供體元件12,將試樣置于Lam 4600型氯基等 離子蝕刻工具(Lam Research Corporation, Fremont, CA的產品)中。 將圖案蝕刻進該金屬層。然后將樣品置于氧氣等離子灰化器中，并去除 剩余的熱抗蝕劑材料。該過程使該激光抗蝕劑圖案轉移至鋁中。使用完 全干燥的圖案化過程去除抗蝕劑，產生具有高保真度的鋁圖案。在珠粒 遮掩住該轉移過程的地方可觀察到 一 些針孔。實施例2對于此兩遍式實施例，實施例1的步驟于第一遍中結束。然后，作 為第二遍，施加第二抗蝕劑材料，這一次在供體元件12與基板18間未 〃使用間隔顆粒或珠粒處。之所以可以如此是因為于在第 一遍中形成的已 有結構提供了所需的間隙G (圖4)。亦即，對于該第二遍，于該第一 遍期間形成的已有表面形體74可有效地起間隔件作用，取消了對于如圖4中所示間隔件88的需求。第二遍的供體元件12使用4密耳PET載 體，該載體自正丁醇與乙酸正丙酯的混合物涂布有由四丁氧基鈥酸酯 (TyzorTBT, Dupont)涂布的第一亞層，并涂布有由下列構成的第二 轉移層0.16 g/m2乙酸纖維素丙酸酯、0.054 g/m2紅外-2、 0.077 g/m2 具有以下結構的青色染料1:<formula>formula see original document page 18</formula>0.075 g/n^具有以下結構的品紅染料1:<formula>formula see original document page 18</formula>0.069 g/n^具有以下結構的黃色染料1:<formula>formula see original document page 19</formula>該第二轉移層自MIBK (40%)、乙酸正丙酯(20%)、丙二醇單曱基 醚(20%)及曱醇(10%)的混合物涂布。將第二抗蝕劑轉移直接施涂于第 一抗蝕劑圖案上，以使該第二轉移 與第一圖案精確地相匹配。該對齊通過以下方式實現在不從該激光臺 平臺取下接受基板18的情況下，用第二供體元件2替代第一供體元件 12,然后使用與第一圖案相同的圖案進行激光激活化轉移。在第二轉移 之后，使該顯示器基板經受與實施例1相同的氯氣蝕刻及02等離子清 洗。該第二轉移減弱了珠粒陰影，導致導線質量的提高。實施例3該實施例按照實施例1或2中所述相同的方法步驟進行，僅有細微 的不同，如下所示(i) 玻璃基板上的涂布材料為多晶硅；及(ii) 蝕刻氣氛為六氟化硫。實岫4對于以下實施例，向實施例1的供體元件12及輻射吸收層36上涂 覆保護層。該保護層為熱抗蝕劑轉移層，其包含1.51 g/m2 Staybilite 10 (松香酉旨)、0.116g/m2聚乙烯縮丁醛、0.016 g/m2紅外染料2、0.054 g/m2 青色染料1、 0.0038 g/m2 二乙烯基苯珠粒(直徑為4微米)及占該涂布 溶液.036 wt。/o的DC1248表面活性劑(來自Dow Corning)及曱乙酮溶 劑。如同在實施例1中該層以圖案轉移至基板18,如同在實施例2中， 在不使用分隔元件的情況下轉移第二完全相同的圖案。如同實施例l及 2,實施氯氣蝕刻并隨后實施〇2等離子清洗，以提供該鋁導體圖案。觀察結果在各個實施例中，轉移熱抗蝕劑層38皆含有一種或多種聚合物樹 脂，為10g/m2,優選為l至2g/m2,分子量為1000至2,000,000,優選 為50,000至200,000。該轉移熱抗蝕劑層可含有通常分子量為250至1000 且通常玻璃轉化溫度介于25至175。C之間且優選為40至100°C的單體 態玻璃。作為間隔件88 (圖4),轉移熱抗蝕劑層可包括直徑通常為1 至IO微米且直徑優選為1至5微米的珠粒。可使用由多種不同材料(例 如^^灰)的珠粒，如先前所述。如實施例2及隨后的實施例所示，使用本發明的方法實施多遍沉積 極有價值，其中每一遍具有新供體元件12。對于該第一遍、該第二遍及 任何隨后的任意遍，由激光束26追蹤的圖案均相同。多遍沉積的益處 涉及由間隔件88導致的遮掩效應。亦即，在特定間隔件88遮掩住形體 74的一部分的位置處產生細小的"針孔"，使得轉移抗蝕劑層44(圖4) 不能在一遍中完全形成。當間隔件88用于該第二遍時，基板18的同一 區域不太可能在兩個連續的遍中皆被間隔件88阻擋。上述實施例2提及了對于第二遍及隨后遍的間隔件88的替代形式。 亦即， 一旦沉積了形體74的某一部分，則基板18的表面就可能維持足 夠寬的間隔G間距而不需要間隔件88。在另一個實施方案中，間隔元 件可由基板18的表面或供體元件12的表面處的表面粗糙度本身提供。 在一個實施方案中，抗蝕劑層38的表面的特征為具有峰84，因此供體 元件12可有效地在基板18上支撐其自身，維持間隔G,如圖5中所示。通過在供體元件12與接受基板18間維持間隙G,本發明的燒蝕轉 移方法提供優于其他轉移方法例如于先前給出的背景技術部分中所述 的粘著轉移方法的優點。 一顯著的優點涉及熱絕緣。間隔G內的空氣或 其他氣體有效地緩沖或隔離所產生的旨在實施轉移的熱，使之不能到達 接受基板18的表面。在基板18具有高導熱性(例如，此對于金屬材料 適用)的情況下，這是特別有益的。即使在某些情況下對轉移加以抑制， 具有高導熱性的表面也會自該轉移區域吸收過多的熱量。此固有熱絕緣 性也使得燒蝕轉移更有可能用于可能對熱敏感的有機材料或可變形基 板。燒蝕轉移的另一優點涉及供體材料附著至錯誤表面的趨勢，如參照 圖2中的粘著轉移所述。在燒蝕轉移中，供體與接受表面間維持一間距， 使得已沉積與未沉積供體材料間的任何結合降至最低，從而降低或取消 以下可能性，即當剝除供體片時，供體材料無意地自接受表面去除或過量的供體材料自供體元件被去除并附著至接受表面。 制造系統參照圖6,其顯示使用本發明方法將材料92的圖案施加至基板18 的制造系統中所用步驟的方塊圖。由此制造系統執行的過程為干制造過 程，取消了干燥階段、液體蝕刻劑及液體涂布過程。在進入步驟110中， 基板18具有涂布有材料92的載體94。在熱抗蝕劑沉積步驟120中，靠 近基板18放置供體元件12,兩者由間隙G隔開。激光14寫入形體74, 即在所示實例中的跡線，并使熱抗蝕劑材料自供體元件12轉移至基板 18上。在供體去除步驟130中，去除供體元件12。熱抗蝕劑沉積步驟 120及供體去除步驟130可重復多遍，如先前所述。材料蝕刻步驟140 自載體94的表面蝕刻材料92，由熱抗蝕劑保護的區域即形體74下的區 域除外。在抗蝕劑蝕刻步驟150中，自該表面蝕刻形體74本身，留下 由起始材料92構成的跡線96或其他圖案化元件。圖6的順序是大大簡化的，僅顯示在基板18上形成一個元件的基 本過程。微細加工領域的技術人員將知曉，圖6中所示過程可重復多次， 以在基板18上形成電路組件。雖然大多數熱抗蝕劑由紅外或近紅外輻射激活，但該方法亦可與由 足夠強的可見光或紫外光激光激活的熱抗蝕劑一起使用。激光掃描機制 可包括平臺以及圓筒實施方案，例如真空圓筒。于熱固性沉積后(對于 圖6,于熱抗蝕劑沉積步驟120后)可能需要輔助清洗步驟，包括使用 蝕刻劑。本發明方法可與等離子體或液體蝕刻劑一起使用，視哪一種最 適合于所制造元件而定。例如，材料92 (圖6)可為金屬、有機或無機 半導體，或有機或無機介電材料。由此本發明提供了使用千過程及由燒蝕激光轉移形成的抗蝕劑來 制造微電子器件的裝置及方法。主要元件符號說明10圖案化裝置12供體元件14激光18基板22檢流計24透鏡26激光束28控制邏輯處理器30控制線32轉移臺34供體載體36輻射吸收層38抗蝕劑層44轉移的抗蝕劑部分68轉移層70供體片72載體74形體76多余部分78樹裂部分88間隔件92材料94載體96跡線100圖案化裝置110進入步驟120熱抗蝕劑沉積步驟130供體去除步驟140材料蝕刻步驟150抗蝕劑蝕刻步驟
權利要求
1.一種用于在基板上形成抗蝕劑圖案的方法，其包括a)將包括熱抗蝕劑材料層的供體元件靠近該基板放置；b)維持一間隙，以使該熱抗蝕劑材料層的表面與該基板的表面被多個間隔元件間隔開；及c)依照該抗蝕劑的圖案將熱能導向該供體元件，從而通過燒蝕轉移使熱抗蝕劑材料的一部分跨越該間隙自該供體元件轉移并沉積于該基板上，形成該抗蝕劑圖案。
2. 如權利要求顆粒。
3. 如權利要求 層表面上的顆粒。
4. 如權利要求 微珠粒。
5. 如權利要求 層表面上的微珠粒。
6. 如權利要求 層表面上的有機顆粒
7. 如權利要求 的樣i珠粒。
8. 如權利要求 料層表面上的微珠粒
9. 如權利要求 表面形體。
10. 如權利要求 層表面上的表面形體
11. 如權利要求 強該供體元件與該基板間的接觸。
12. 如權利要求 及轉移熱抗蝕劑層。
13. 如權利要求厚。的方法: 的方法: 的方法: 的方法: 的方法, 的方法: 的方法 的方法 的方法 的方法其中該間隔元件為位于該熱抗蝕劑材泮牛 其中該間隔元件為位于該基板表面上的 其中該間隔元件為位于該熱抗蝕劑材料 其中該間隔元件為位于該熱抗蝕劑材料 其中該間隔元件為包埋于該基板表面上 其中該間隔元件為包埋于該熱抗蝕劑材 其中該間隔元件為位于該基板表面上的 其中該間隔元件為位于該熱抗蝕劑材料 其中施加熱或壓力或同時施加二者以增 的方法，其中該供體元件包括載體、轉移輔助層2的方法，其中該轉移熱抗蝕劑層為.25至10微米
14. 如權利要求12的方法，其中該轉移熱抗蝕劑層包含聚合物樹 脂、單體態玻璃、光至熱轉化物質及珠粒。
15. 如權利要求12的方法，其中該轉移輔助層包含聚合物粘合劑、 光至熱轉化物質、氣體生成劑及珠粒。
16. 如權利要求12的方法，其中于該轉移輔助層中包含無機溶膠-凝膠0 1
17. 如權利要求12的方法，其中該轉移熱抗蝕劑層包含10 g/m2、 優選1至2 g/m2且分子量為1000至2,000,000、優選50,000至200,000 的一種或多種聚合物樹脂。
18. 如權利要求12的方法，其中該轉移熱抗蝕劑層包含單體態玻 璃，該單體態玻璃的分子量為250至1000,玻璃化溫度為25至175°C， 優選為40至100°C。
19. 如權利要求12的方法，其中該轉移熱抗蝕劑層為包含染料、顏 料、碳或金屬的光至熱轉化物質。
20. 如權利要求12的方法，其中該轉移熱抗蝕劑層包含直徑為1 至10微米且優選直徑為1至5微米的珠粒。
21. 如權利要求12的方法，其中該轉移熱抗蝕劑層包含碳珠粒。
22. 如權利要求l的方法，其中該熱抗蝕劑材料圖案的轉移由光輻 射引起。
23. 如權利要求1的方法， 引起。
24. 如權利要求1的方法， 引起。
25. 如權利要求1的方法， 體元件的步驟包括使用掩模。
26. 如權利要求1的方法， 體元件的步驟包括激發激光。
27. 如權利要求26的方法
28. 如權利要求1的方法， 面中。
29. 如權利要求1的方法， 被等離子蝕刻。其中該熱抗蝕劑材料圖案的轉移由加熱其中該熱抗蝕劑材料圖案的轉移由壓力其中依照該抗蝕劑圖案將熱能導向該供其中依照該抗蝕劑圖案將熱能導向該供其中該激光主要發射近紅外波長。 其中該間隔元件形成于該供體元件的表其中未由該抗蝕劑圖案覆蓋的該材料層
30. 如權利要求1的方法，其中施加真空以增強該供體元件與該基 板間的接觸。
31. 如權利要求12的方法，其中該轉移輔助層包含聚氰基丙烯酸酯 (PCyA)。
32. 如權利要求12的方法，其中該轉移輔助層包含馬來酸酐的共聚物。
33. —種制造微電子器件的方法，其包括a) 將包含熱抗蝕劑材料層的供體元件靠近基板放置；b) 維持一間隙，以使該熱抗蝕劑材料層的表面與該基板的表面被 多個間隔元件間隔開；c) 依照抗蝕劑圖案將熱能導向該供體元件，從而通過燒蝕轉移使 熱抗蝕劑材料的一部分跨越該間隙自該供體元件轉移并沉積于該基板 上，形成該抗蝕劑圖案；d) 去除該供體元件；e) 蝕刻該基板以去除未由該抗蝕劑圖案覆蓋的材料；及f) 去除該抗蝕劑圖案。
34. 如權利要求33的方法，其中該圖案以光學方法自光掩模轉移。
35. 如權利要求33的方法，其中該圖案由光學調制光束直接寫入。
36. 如權利要求33的方法，其中引導輻射能量包括激發激光的步驟。
37. 如權利要求33的方法，其包括一個附加步驟在蝕刻前硬化該 抗蝕劑材料的圖案。
38. 如權利要求26的方法，其中該硬化通過光輻射實施。
39. 如權利要求26的方法，其中該硬化通過正式加熱實施。
40. 如權利要求26的方法，其中該硬化通過化學改性實施。
41. 一種制造微電子器件的方法，其包括a) 將包含熱抗蝕劑材料層的供體元件靠近基板放置；b) 維持一間隙，以使該熱抗蝕劑材料層的表面與該基板的表面祐: 多個間隔元件間隔開；c) 依照抗蝕劑圖案將熱能導向該供體元件，從而通過燒蝕轉移使 熱抗蝕劑材料的一部分跨越該間隙自該供體元件轉移并沉積于該基板 上，形成該抗蝕劑圖案；d) 依照該抗蝕劑圖案將光能導向該供體元件并持續至少 一另外 的時間；e) 去除該供體元件；f) 蝕刻該基板以去除未由該抗蝕劑圖案覆蓋的材料；及g) 去除該抗蝕劑圖案。
42. —種制造微電子器件的方法，其包括a) 將包含熱抗蝕劑材料層的供體元件靠近基板放置；b) 維持一間隙，以使該熱抗蝕劑材料層的表面與該基板的表面被 多個間隔元件間隔開；c) 依照抗蝕劑圖案將熱能導向該供體元件，從而通過燒蝕轉移使 熱抗蝕劑材料的一部分跨越該間隙自該供體元件轉移并沉積于該基板 上，形成該抗蝕劑圖案；d) 依照該抗蝕劑圖案將光能導向該供體元件并持續至少 一 另外 的時間；e) 去除該供體元件；f) 沉積覆蓋材料層；及g) 去除該抗蝕劑圖案及覆蓋該抗蝕劑圖案的材料。
43. —種制造微電子器件的方法，其包括a) 將包含第 一 熱抗蝕劑材料的層的第 一供體元件靠近基板放置；b) 維持 一 間隙，使該第 一 熱抗蝕劑材料的層的表面與該基板的表 面#皮多個間隔元件間隔開；c) 依照抗蝕劑圖案將熱能導向該供體元件，從而通過燒蝕轉移使 該第一熱抗蝕劑材料的一部分跨越該間隙自該第一供體元件轉移并沉 積于該基板上，形成該抗蝕劑圖案；及d) 用包含第二熱抗蝕劑材料的層的第二供體元件替換該第一供 體元件并重復步驟b)及c)，以使該第二熱抗蝕劑材料自該第二供體元件 轉移至該基板上，從而形成抗蝕劑圖案。
44. 如權利要求43的方法，其進一步包括e) 向該基板上的該抗蝕劑圖案上沉積材料覆蓋層；及f) 去除覆蓋該抗蝕劑圖案的該材料層的 一部分。
全文摘要
一種用于在基板(18)上形成抗蝕劑圖案的方法，其包括將具有熱抗蝕劑材料層的供體元件(12)靠近該基板放置。維持一間隙，以使該熱抗蝕劑材料層的表面與該基板的表面被多個間隔元件間隔開。依照該抗蝕劑的圖案將熱能導向供體元件(12)，從而通過燒蝕轉移使熱抗蝕劑材料的一部分跨越該間隙自供體元件(12)轉移并沉積于基板(18)上，形成該抗蝕劑圖案。
文檔編號H05K3/06GK101277821SQ200680036390
公開日2008年10月1日 申請日期2006年9月15日 優先權日2005年9月30日
發明者D·B·凱, G·T·皮爾斯, L·W·塔特, S·E·菲利普, T·J·崔威爾, 洪陽泰 申請人:伊斯曼柯達公司