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圖案化光致抗蝕劑層的形成方法

文檔序號:2740745閱讀:141來源:國知局
專利名稱:圖案化光致抗蝕劑層的形成方法
技術領域
本發(fā)明涉及光刻工藝,更特別地涉及形成非垂直側壁結構的光刻工藝。
背景技術
一般在微機電的工藝中,經常利用體型微加工、ICP干蝕刻、灰階掩模、
或超精密加工等技術形成具有傾斜角的結構。然而上述方法均具有一定的限 制。以體型微加工為例,其原理為硅晶片本身的晶格結構在特殊溶液中會形
成特定角度,但此特定角度的大小無法改變。ICP干蝕刻與灰階掩模的限制
在于高成本。超精密加工是利用加工車床及不同的刀頭制作不同結構,結構 精密度取決于機臺的精密度,不易制作非連續(xù)圖案,且一樣有加工時間及成 本過高的問題。
綜上所述,目前業(yè)界仍需新的方法形成具有傾斜角的微結構。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種圖案化光致抗蝕劑層的形成方法,包括提供基板,基板
具有上表面及下表面;形成光致抗蝕劑層于基板的上表面上;提供透光層于 光致抗蝕劑層上;提供遮光層于透光層上;提供曝光源,經遮光層及透光層 后曝光光致抗蝕劑層;以及顯影光致抗蝕劑層以形成圖案化光致抗蝕劑層, 且圖案化光致抗蝕劑層與基板具有非垂直接觸角。
本發(fā)明亦提供另 一種圖案化光致抗蝕劑層的形成方法,包括提供透光基 板,透光基板具有上表面及下表面;形成光致抗蝕劑層于透光基板的上表面 上;提供透光層于透光基板的下表面下;提供遮光層于透光層下;提供曝光 源,經遮光層、透光層、及透光基板后曝光光致抗蝕劑層;以及顯影光致抗 蝕劑層以形成圖案化光致抗蝕劑層,且圖案化光致抗蝕劑層與透光基板具有 非垂直接觸角。


5圖1至圖5為本發(fā)明一實施例中,以正照式曝光配合正光致抗蝕劑的光
刻工藝剖示圖6和圖7為本發(fā)明一實施例中,以正照式曝光配合負光致抗蝕劑的光 刻工藝剖示圖8至圖12為本發(fā)明一實施例中,以背照式曝光配合正光致抗蝕劑的 光刻工藝剖示圖;以及
圖13和圖14為本發(fā)明一實施例中,以背照式曝光配合負光致抗蝕劑的 光刻工藝剖示圖。
附圖標記說明
1 基板 3 正光致抗蝕劑層 3A、 3B、 4A、 4B 圖案化光致抗蝕劑層 5~透光層 7 遮光層 9 曝光源 10 透光基板
a、 (3 圖案化光致抗蝕劑層與基板的接觸角
Y、 5 圖案化光致抗蝕劑層與透光基板的接觸角
具體實施例方式
當曝光源的光線穿過遮光層如掩模的開口時,會因為繞射現(xiàn)象使開口中 間的光源強度較強,而開口邊緣的光源強度較弱。本發(fā)明于光致抗蝕劑材料 與遮光層之間夾設透光層,應用上述繞射原理,使曝光顯影后的圖案化光致 抗蝕劑層與基板之間具有非垂直的接觸角。
圖1至圖5為本發(fā)明一實施例的光刻工藝,曝光源與光致抗蝕劑層位于 基板的同側,即所謂的正照式曝光(front-sideexposure)。首先,提供基板l。 基板1可為半導體工業(yè)的硅晶片或絕緣層上硅(SOI)等材料,亦可為顯示器工 業(yè)常見的玻璃基板或可撓性塑膠基板等材料?;?可視情況需要進一步包 含主動或被動等電路元件或布局?;?的上表面上具有正光致抗蝕劑層3, 其形成方法可為 一般常見的旋涂法(spin-on)。
接著如圖2所示,在正光致抗蝕劑層3上放置透光層5。透光層5的材 料可為無機材料如玻璃、銦錫氧化物,有機材料如聚甲基丙酰酸曱酯、聚碳 酸酯、或聚對苯二曱酸乙二醇酯,或有機無機復合材料等合適的材料。透光 層5的厚度約介于O.lmm至5mm之間。在圖2中,透光層5與正光致抗蝕 劑層3有間隔,然而在不影響光刻工藝及正光致抗蝕劑層3的情況下,透光層5亦可緊貼正光致抗蝕劑層3。
接著如圖3所示,提供遮光層7于透光層5上,并以曝光源9進行曝光 工藝。在圖3中,遮光層7與透光層5有間隙,然而在不影響光刻工藝的情 況下,遮光層7可緊貼透光層5。在本發(fā)明一實施例中,遮光層7為一般常 見的掩模。在本發(fā)明另一實施例中,遮光層7直接形成于透光層5上的遮光 圖案。曝光源9經遮光層7及透光層5對正光致抗蝕劑層3進行曝光。在本 發(fā)明一實施例中,曝光源可為紫外光、激光、X光等光源。
最后如圖4所示,對曝光后的正光致抗蝕劑層3進行顯影步驟以形成圖 案化光致抗蝕劑層3A。由圖4可清楚發(fā)現(xiàn),圖案化光致抗蝕劑層3A上窄下 寬,形成所謂的"小頭結構"。圖案化光致抗蝕劑層3A與基板1的接觸角a 小于90度,其傾斜程度可由透光層5的吸收度控制。當透光層5的厚度越 厚時,其吸收度越高,而接觸角oc將會越小。在本發(fā)明一實施例中,接觸角 a約介于15度至85度之間。在本發(fā)明一實施例中,當透光層5的厚度為 O.l-lmm,其接觸角oc介于60度至85度之間。在本發(fā)明一實施例中,當透 光層5的厚度為l-2mm時,其接觸角ct介于45度至70度之間。在本發(fā)明 一實施例中,當透光層5的厚度為2-3mm時,其接觸角a介于30度至60 度之間。在本發(fā)明一實施例中,當透光層5的厚度為3-4mm時,其接觸角 a介于20度至50度之間。在本發(fā)明一實施例中,當透光層5的厚度為4-5mm 時,其接觸角a介于15度至40度之間。
此外,雖然圖4的圖案化光致抗蝕劑層3A具有平整的側邊,但亦可為 圓弧如圖5所示。圖4及圖5中結構的差異來自于透光層5的材料選擇。當 透光層5為無機材料如玻璃時,其光刻后的圖案化光致抗蝕劑層3A將具有 圖4的平整側邊。另一方面,當透光層5為有機材料如聚曱基丙酰酸曱酯時, 其光刻后的圖案化光致抗蝕劑層3A將具有圖5所示的圓弧側邊。圖5中的 圖案化光致抗蝕劑層3A的曲率同樣受透光層5的吸收度影響。當透光層5 越厚,吸收度越高時,圖案化光致抗蝕劑層3A的圓弧側邊的斜率越小。圖 5中的圖案化光致抗蝕劑層3A可作為微透鏡陣列以進一步應用于光學元件 上。
在本發(fā)明另一實施例中,與前一實施例大致相同,唯一的差別在于光致 抗蝕劑層為負光致抗蝕劑。由于此實施例與前述實施例的流程大致相同,因 此省略第1-3圖重復的說明。在曝光顯影后,形成的結構如圖6所示。由圖6可清楚發(fā)現(xiàn),由負光致抗蝕劑形成的圖案化光致抗蝕劑層4A為上寬下窄 的"大頭結構"。圖案化光致抗蝕劑層4A與基板1的接觸角P大于90度, 其傾斜程度可由透光層5的吸收度控制。當透光層5的厚度越厚,對曝光源 的吸收度越高時,接觸角P將會越大。在本發(fā)明一實施例中,接觸角P約介 于95度至165度之間。在本發(fā)明一實施例中,當透光層5的厚度為O.l-lmm, 其接觸角(3介于95度至115度之間。在本發(fā)明一實施例中,當透光層5的 厚度為l-2mm時,其接觸角(3介于110度至130度之間。在本發(fā)明一實施 例中,當透光層5的厚度為2-3mm時,其接觸角P介于20度至140度之間。 在本發(fā)明一實施例中,當透光層5的厚度為3-4mm時,其接觸角(3介于130 度至150度之間。在本發(fā)明一實施例中,當透光層5的厚度為4-5mm時, 其接觸角P介于140度至165度之間。
此外,雖然圖6的圖案化光致抗蝕劑層4A具有平整的側邊,但亦可為 圓弧如圖7所示。圖6及圖7中結構的差異來自于透光層5的選擇。當透光 層5為無機材料如玻璃時,其光刻后的圖案化光致抗蝕劑層4A將具有圖6 的平整側邊。另一方面,當透光層5為有機材料如聚曱基丙酰酸曱酯時,其 光刻后的圖案化光致抗蝕劑層4A將具有圖7所示的圓弧側邊。圖7中的圖 案化光致抗蝕劑層4A的曲率同樣受透光層5的吸收度影響。當透光層5越 厚,吸收度越高時,圖案化光致抗蝕劑層4A的圓弧側邊的曲率越平緩。
圖8至圖12為本發(fā)明又一實施例的光刻工藝。在此實施例中,曝光源 與光致抗蝕劑層分別位于透光基板的兩側,因此曝光源在照射至光致抗蝕劑 前必先經過透光基板,此即所謂的背照式曝光(back side exposure)。在圖8 中,透光基板10為透光材料如玻璃基板或可撓性塑膠基板等材料。透光基 板10可視情況需要進一步包含主動或被動等電路元件或布局。透光基板10 的上表面上具有正光致抗蝕劑層3,其形成方法可為一般常見的旋涂法 (spin-on)。
接著如圖9所示,在透光基板10的下表面下放置透光層5。透光層5 的材料可為無機材料如玻璃、有機材料如聚曱基丙酰酸曱酯或聚碳酸酯、或 有機無機復合材料等合適的材料。透光層5的厚度約介于O.lmm至5mm之 間。在圖9中,透光層5與透光基板IO有間隔,然而在不影響光刻工藝的 情況下,透光層5亦可緊貼透光基板10。
接著如圖10所示,提供遮光層7于透光層5下,并以曝光源9進行曝光工藝。在圖3中,遮光層7與透光層5有間隙,然而在不影響光刻工藝的
情況下,遮光層7可緊貼透光層5。在本發(fā)明一實施例中,遮光層7為一般 常見的掩模。在本發(fā)明另一實施例中,遮光層7直接形成于透光層5下的遮 光圖案。曝光源9經遮光層7、透光層5、及透光基材IO對正光致抗蝕劑層 3進行曝光。在本發(fā)明一實施例中,曝光源可為紫外光、激光、X光等光源。 最后如圖11所示,對曝光后的正光致抗蝕劑層3進行顯影步驟以形成 圖案化光致抗蝕劑層3B。由圖ll可清楚發(fā)現(xiàn),圖案化光致抗蝕劑層3B下 窄上寬,形成所謂的"大頭結構"。圖案化光致抗蝕劑層3B與透光基板10 的接觸角Y大于90度,其傾斜程度可由透光層5的吸收度控制。當透光層5 與透光基板10的總厚度越厚時,其吸收度越高,而接觸角Y將會越大。在 本發(fā)明一實施例中,接觸角Y約介于95度至165度之間。在本發(fā)明一實施 例中,當透光層5與透光基板10的總厚度為O.l-lmm,其接觸角Y介于95 度至115度之間。在本發(fā)明一實施例中,當透光層5與透光基板10的總厚 度為l-2mm時,其接觸角Y介于110度至130度之間。在本發(fā)明一實施例 中,當透光層5與透光基板10的總厚度為2-3mm時,其接觸角y介于20 度至140度之間。在本發(fā)明一實施例中,當透光層5與透光基板10的總厚 度為3-4mm時,其接觸角Y介于130度至150度之間。在本發(fā)明一實施例 中,當透光層5與透光基板10的總厚度為4-5mm時,其接觸角Y介于"0 度至165度之間。
此外,雖然圖11的圖案化光致抗蝕劑層3B具有平整的側邊,但亦可為 圓弧如圖12所示。圖11及圖12中結構的差異來自于透光層5的材料選擇。 當透光層5為無機材料如玻璃時,其光刻后的圖案化光致抗蝕劑層3B將具 有圖11的平整側邊。另一方面,當透光層5為有機材料如聚曱基丙酰酸曱 酯時,其光刻后的圖案化光致抗蝕劑層3A將具有圖12所示的圓弧側邊。圖 12中的圖案化光致抗蝕劑層3A的曲率同樣受透光層5的吸收度影響。當透 光層5越厚,吸收度越高時,圖案化光致抗蝕劑層3A的圓弧側邊的曲率越 平緩。
在本發(fā)明另一實施例中,與前一實施例大致相同,唯一的差別在于光致 抗蝕劑層為負光致抗蝕劑。由于此實施例與前述實施例的流程大致相同,因 此省略第8-10圖重復的說明。在曝光顯影后,形成的結構如圖13所示。由 圖13可清楚發(fā)現(xiàn),由負光致抗蝕劑形成的圖案化光致抗蝕劑層4B為下寬上窄的"小頭結構"。圖案化光致抗蝕劑層4B與透光基板10的接觸角5小于 90度,其傾斜程度可由透光層5的吸收度控制。當透光層5的厚度越厚,對 曝光源的吸收度越高時,接觸角5將會越小。在本發(fā)明一實施例中,接觸角 5約介于15度至85度之間。在本發(fā)明一實施例中,當透光層5與透光基板 IO的總厚度為0.1-lmm,其接觸角5介于60度至85度之間。在本發(fā)明一實 施例中,當透光層5與透光基板10的總厚度為l-2mm時,其接觸角5介于 45度至70度之間。在本發(fā)明一實施例中,當透光層5與透光基板10的總厚 度為2-3mm時,其接觸角5介于30度至60度之間。在本發(fā)明一實施例中, 當透光層5與透光基板10的總厚度為3-4mm時,其接觸角5介于20度至 50度之間。在本發(fā)明一實施例中,當透光層5與透光基板10的總厚度為 4-5mm時,其接觸角5介于15度至40度之間。
此外,雖然圖13的圖案化光致抗蝕劑層4B具有平整的側邊,但亦可為 圓弧如圖14所示。圖13及圖14中結構的差異來自于透光層5的選擇。當 透光層5為無機材料如玻璃時,其光刻后的圖案化光致抗蝕劑層4B將具有 圖13的平整側邊。另一方面,當透光層5為有機材料如聚曱基丙酰酸曱酯 時,其光刻后的圖案化光致抗蝕劑層4B將具有圖14所示的圓弧側邊。圖 14中的圖案化光致抗蝕劑層4B的曲率同樣受透光層5的吸收度影響。當透 光層5越厚,吸收度越高時,圖案化光致抗蝕劑層4B的圓弧側邊的曲率越 平緩。
雖然本發(fā)明已以數(shù)個實施例披露如上,然其并非用以限定本發(fā)明,任何 所屬技術領域的技術人員,在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內,當可作任意的 更動與潤飾,因此本發(fā)明的保護范圍當視后附的權利要求所界定的為準。
10
權利要求
1.一種圖案化光致抗蝕劑層的形成方法,包括提供基板,該基板具有上表面及下表面;形成光致抗蝕劑層于該基板的上表面上;提供透光層于該光致抗蝕劑層上;提供遮光層于該透光層上;提供曝光源,經該遮光層及該透光層后曝光該光致抗蝕劑層;以及顯影該光致抗蝕劑層以形成圖案化光致抗蝕劑層,且該圖案化光致抗蝕劑層與該基板具有非垂直接觸角。
2. 如權利要求1所述的圖案化光致抗蝕劑層的形成方法,其中該非垂直 接觸角介于15度至85度之間。
3. 如權利要求1所述的圖案化光致抗蝕劑層的形成方法,其中該非垂直 接觸角介于95度至165度之間。
4. 如權利要求1所述的圖案化光致抗蝕劑層的形成方法,其中該非垂直 接觸角為圓弧。
5. 如權利要求1所述的圖案化光致抗蝕劑層的形成方法,其中該光致抗 蝕劑層包括正光致抗蝕劑或負光致抗蝕劑。
6. 如權利要求1所述的圖案化光致抗蝕劑層的形成方法,其中該遮光層 為掩模。
7. 如權利要求1所述的圖案化光致抗蝕劑層的形成方法,其中該遮光層 形成于該透光層上。
8. 如權利要求1所述的圖案化光致抗蝕劑層的形成方法,其中該透光層 包括玻璃、銦錫氧化物、聚曱基丙酰酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯對二曱酸乙二 醇酯、或上述的組合。
9. 如權利要求1所述的圖案化光致抗蝕劑層的形成方法,其中該透光層 的厚度為O.l-lmm,且該非垂直接觸角介于60度至85度之間或95度至115 度之間。
10. 如權利要求1所述的圖案化光致抗蝕劑層的形成方法,其中該透光層 為l-2mm,且該非垂直接觸角介于45度至70度之間或IIO度至130度之間。
11. 如權利要求1所述的圖案化光致抗蝕劑層的形成方法,其中該透光層
12. 如權利要求1所述的圖案化光致抗蝕劑層的形成方法,其中該透光層為3-4mm,且該非垂直4妾觸角介于20度至50度之間或130度至150度之間。
13. 如權利要求1所述的圖案化光致抗蝕劑層的形成方法,其中該透光層
14. 一種圖案化光致抗蝕劑層的形成方法,包括 提供透光基板,該透光基板具有上表面及下表面; 形成光致抗蝕劑層于該透光基板的上表面上; 提供透光層于該透光基板的下表面下; 提供遮光層于該透光層下;提供曝光源,經該遮光層、該透光層、及該透光基板后曝光該光致抗蝕 劑層;以及顯影該光致抗蝕劑層以形成圖案化光致抗蝕劑層,且該圖案化光致抗蝕 劑層與該透光基板具有非垂直接觸角。
15. 如權利要求14所述的圖案化光致抗蝕劑層的形成方法,其中該非垂 直接觸角介于15度至85度之間。
16. 如權利要求14所述的圖案化光致抗蝕劑層的形成方法,其中該非垂 直接觸角介于95度至165度之間。
17. 如權利要求14所述的圖案化光致抗蝕劑層的形成方法,其中該非垂 直接觸角為圓弧。
18. 如權利要求14所述的圖案化光致抗蝕劑層的形成方法,其中該光致 抗蝕劑層包括正光致抗蝕劑或負光致抗蝕劑。
19. 如權利要求14所述的圖案化光致抗蝕劑層的形成方法,其中該遮光 層為掩模。
20. 如權利要求14所述的圖案化光致抗蝕劑層的形成方法,其中該遮光 層形成于該透光層上。
21. 如權利要求14所述的圖案化光致抗蝕劑層的形成方法,其中該透光 層包括玻璃、銦錫氧化物、聚曱基丙酰酸曱酯、聚碳酸酯、聚苯對二曱酸乙 二醇酯、或上述的組合。
22. 如權利要求14所述的圖案化光致抗蝕劑層的形成方法,其中該透光 層與該透光基板的總厚度為O.l-lmm,且該非垂直接觸角介于60度至85度之間或95度至115度之間。
23. 如權利要求14所述的圖案化光致抗蝕劑層的形成方法,其中該透光 層與該透光基板的總厚度為l-2mm,且該非垂直接觸角介于45度至70度之 間或110度至130度之間。
24. 如權利要求14所述的圖案化光致抗蝕劑層的形成方法,其中該透光 層與該透光基板的總厚度為2-3mm,且該非垂直接觸角介于30度至60度之 間或120度至140度之間。
25. 如權利要求14所述的圖案化光致抗蝕劑層的形成方法,其中該透光 層與該透光基板的總厚度為3-4mm,且該非垂直接觸角介于20度至50度之 間或130度至150度之間。
26. 如權利要求14所述的圖案化光致抗蝕劑層的形成方法,其中該透光 層與該透光基板的總厚度為4-5mm,且該非垂直接觸角介于15度至40度之 間或140度至165度之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種圖案化光致抗蝕劑層的形成方法。通過光的繞射性質,在曝光時遮光層與光致抗蝕劑層之間夾設透光層使圖案化的光致抗蝕劑層具有非垂直的側壁。本發(fā)明的方法適用于正照式曝光及背照式曝光,亦適用于正光致抗蝕劑或負光致抗蝕劑。
文檔編號G03F7/004GK101561627SQ200810092229
公開日2009年10月21日 申請日期2008年4月17日 優(yōu)先權日2008年4月17日
發(fā)明者張復瑜, 林正軒, 黃萌祺 申請人:財團法人工業(yè)技術研究院
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