专利名称：构图衬底表面的方法
技术领域：
本发明涉及用一种用墨水构图衬底表面的方法。
背景技术：
典型地，使用包括掩模以在电子器件的衬底上确定这些图案的光刻步骤，形成包括电子器件的器件的微观图案。然而，如摩尔定律所预言的那样，随着半导体特征尺寸的缩小，在衬底上形成的图案变得逐渐复杂，其通常导致需要更多数量的掩模，掩模的生产是昂贵的工艺，由此进一步增加了电子器件的生产成本。另外，通常认为前述传统光刻技术已经成熟到这样的程度，即利用这些技术进一步缩小在电子器件衬底上的特征尺寸将会很难实现。
为了限制器件的生产成本以及为了在衬底上确定更小的部件，已经发展了构图电子器件衬底的可替换技术。在PCT专利申请WO02/085639A1中公开了这种技术的示例，其中具有由空腔分开的凸出部件的图案化表面的弹性印记暴露在溶解在极性溶剂的所希望的墨水中。典型地，选择对弹性材料具有低亲合力的极性溶剂，其导致在去湿凸出印记表面和在印记的凸出区域之间的空腔中累积墨水/溶剂混合物。
在溶剂蒸发后，印记的凸出部件的接触表面开始与衬底接触，经过印记的凸出部件的边缘将墨水图案传输到衬底。
然而，该特殊技术有很多缺点。该去湿步骤能够在印记的凸出部件的接触表面上留下墨水的印迹，会导致印在衬底上的部件模糊。另外，只有少数亲水墨水溶液在印记上会显示出希望的去湿效果，其也限制了该技术的应用。
发明内容
本发明设法提供更少受这些问题影响的根据开始段落的构图方法。
根据本发明的一个方面，提供一种利用墨水构图衬底表面的方法，该方法包括以下步骤提供具有体表面和从体表面凸出的至少一个部件的弹性印记，该凸出部件具有接触表面和从接触表面延伸到体表面的边缘；凸出部件和体表面承载有阻挡层；涂覆墨水和溶剂的溶液到阻挡层上；从阻挡层除去溶剂；提供具有一个表面的第一衬底，该表面与阻挡层相比对墨水分子具有更高的亲合力；将该凸出部件的接触表面和该第一衬底的表面接触；将墨水从凸出部件的接触表面传输到第一衬底的表面；从第一衬底的表面移去弹性印记；提供具有一个表面的第二衬底，该表面与阻挡层相比对墨水分子具有更高的亲合力；将凸出部件的接触表面与第二衬底的表面接触；和通过将墨水从凸出部件的边缘传输到第二衬底的表面，在第二衬底的表面上提供墨水图案。
本发明的构图方法具有许多优点。首先，由于在弹性印记上使用了阻挡层，墨水不会渗透弹性材料，其使得可以利用本发明的构图方法使用很多墨水，因为在第二衬底的构图期间不存在墨水从印记经过凸出部件的接触表面到达第二衬底的表面的危险。
在这一点上，值得强调的是具有修改的表面层的弹性印记本身是已知的；例如，从美国专利申请US2002/0098364以及从Journal ofColloid and interface Science，254卷，306页(2002)可以知道由聚二甲基硅氧烷(PDMS)制成的其表面上具有氧化的PDMS层的弹性印记。然而，开发印记以在微接触印刷的领域中使用，其中把墨水从凸出部件的接触表面传输到衬底表面上，同时修改印记表面以改善印记表面对墨水的兼容性。Langmuir、卷19第5475-5483页(2003)公开了PDMS印记，其具有用作阻挡层的氧化表面层以防止低重量PDMS低聚物从印记材料扩散到衬底表面，从而避免衬底表面上的墨水分子的自组织单层(SAM)的显著污染，其会恶化SAM的性能，其作为例子已经在Langmuir、卷18第1518-1527页(2002)中报道了。
然而，值得强调的是本发明部分地基于这样的事实，即在衬底构图过程期间，修改的表面层也可以用作阻挡层以防止墨水分子渗透印记材料，这在前述现有技术文献中是不能实现的。并且，本领域的技术人员应当理解，在本发明的方法中以与现有技术方法的情况不同的方式使用这样的印记、即具有修改的表面层的印记，这是因为使用该印记以把墨水图案从凸出部件的边缘而不是从凸出部件的接触表面传输到衬底表面。
本发明的构图方法的另一优点是它不依赖去湿步骤以清除凸出部件的接触表面的墨水，该去湿步骤对这样的构图方法的应用具有限制作用。从Langmuir、卷18第7029页(2002)也可知道，为了使这样的去湿步骤成功，凸出部件的接触表面不应该超过2微米的宽度，其对这样印记的图案设计有非常大的限制。另外根据本发明，在初始印刷步骤中，从凸出部件的接触表面除去墨水。由于当与印记表面接触时，溶剂并不需要具有某些的去湿特性，且可以使用具有超过2微米的宽度的凸出部件，这样具有可以使用多种溶剂来溶解墨水的优点，由此使得本发明的构图方法比在PCT专利申请WO 02/085639A1中公开的方法更加通用。
在一个实施例中，该方法进一步包括去除第二衬底表面的一部分的步骤，该部分由墨水图案限定。在这个步骤中，其可以包括蚀刻步骤，除去未被墨水图案覆盖的衬底部分或被墨水图案覆盖的衬底部分以在衬底表面中固定预定图案，而在这样情况下可以用具有更高抗蚀性的SAM保护衬底表面的其它部分。例如本发明的方法可以用在电子器件的生产中以限定这样的器件的一些部件，例如导电迹线。然而，应当强调的是衬底表面上的墨水图案以可以用作不同的目的，例如作为多层结构的第一层形成在衬底表面上。
通过参考附图将更详细地和不以示例为局限地描述本发明，其中图1a-h描述了根据本发明利用弹性印记来构图衬底的方法的实施例。
具体实施例方式
应当理解该图仅仅是示意性的而并不是按比例绘制的。
根据本发明方法的第一步骤，提供了一种在图1a中描述的弹性印记10。该弹性印记10具有从弹性印记10的体表面12延伸的凸出部件14和另一凸出部件14’。该凸出部件14具有接触表面16和从接触表面16延伸到体表面12的边缘18，而另一凸出部件14’具有接触表面16’和从接触表面16’延伸到体表面12的边缘18’。用阻挡层20覆盖体表面12、边缘14和14’和接触表面16和16’，在弹性印记10上使用的墨水是不渗透阻挡层的。该阻挡层也可以覆盖弹性印记10的另一表面22和24，尽管这并不是必须的。凸出部件16和另一凸出部件16’限定了印刷在衬底表面上图案的形状。
可以通过已知制造技术如在预制模版中模制弹性材料如PDMS以形成弹性印记10。如在美国专利申请US2002/0098364中和journal ofColloid and interface Science，卷254第306页(2002)所公开的那样，可以通过已知技术如PDMS的变形形成阻挡层20。然而，其它方法例如在前面所述的弹性印记10的表面上沉积单独的阻挡层20也是可行的。
在图1b中示出了本发明方法的下一步骤。在弹性印记10的阻挡层20上沉积溶剂30和墨水32的溶液，在其之后例如在N2气流中通过干燥弹性印记10来去除溶剂30，由此产生具有粘附到阻挡层20上的墨水分子层32的弹性印记10，如图1c中所示。由于阻挡层20防止墨水分子渗透到弹性印记10的弹性材料中，可以使用具有不同性能的多种墨水。特别地，由于这些墨水与亲水性墨水相比并不经受过度扩展，可以使用基于硫醇的疏水墨水，其具有在衬底表面上产生限定清楚的图案的优点。
应当强调的是在PCT专利申请WO02/085639A1中公开的构图方法中不能使用这样的疏水墨水，因为这样的墨水对疏水弹性材料如PDMS具有高亲合力。因此，在弹性印记中吸收了很大一部分墨水。不仅需要使用更大量的墨水以保证在印记的边缘上具有足够的墨水量，而且在对墨水具有高亲合力的衬底表面的构图期间，墨水从印记材料到所述表面的扩散会导致不希望的印刷图案的模糊。
由于一些墨水分子32不会被吸收到弹性印记10中，使用具有阻挡层20的弹性印记10的另一优势在于，可以精确地调制在墨水溶液中的墨水浓度以确定在去除溶液30后在阻挡层20上残留的所希望的墨水量。这是很重要的，因为对在阻挡表面20上墨水分子量32的良好控制会改善在衬底表面上限定的图案的质量，即图案特征的分辨率。
如图1d中所示，在下一步骤中，弹性印记10的凸出部件14和14’的接触表面16和16’设置在具有表面42的衬底40上。可以包括由适当的包括贵重金属如金的铸币金属形成的分离层的该表面42，与阻挡层20相比对墨水分子32具有更高的亲合力。因此，在把接触表面16和16’上的墨水分子32从接触表面16和16’传输到表面42时，因此生产出不再携带粘附在接触表面16和16’上的阻挡层20上的墨水分子32的弹性印记10，而仅仅携带在边缘18和18’和体表面12上的阻挡层20上的墨水分子，如图1e所示。
由于在本发明的方法中不需要去湿步骤以从接触表面16和16’去除墨水分子32，因此可以使用更多种类的溶剂30以溶解墨水分子32，使得本发明的构图方法比PCT专利申请WO02/085639A1中公开的方法更加通用。通过使接触表面16和16’与对墨水分子32具有高亲合力的表面42接触来去除墨水分子32也是一种清除接触表面16和16’的墨水分子32的非常有效的方法，其有很大优势因为在这些表面上残留的墨水分子32会导致印刷图案的模糊不清，该方法可以有效地避免这种情况。
应当指出增加在弹性印记10的接触表面16和16’和表面42之间的接触时间会导致更多部分的墨水分子32从边缘18和18’传输到表面42。如前所述，可以利用这种情况以进一步控制留在弹性印记10上的墨水分子32的量，其在图案清晰度的质量方面是有利的。
在图1f中描述的下一个步骤中，弹性印记10的凸出部件14和14’的接触表面16和16’设置在具有表面52的第二衬底50上。类似于表面42，表面52可以是由适当的包括贵金属如金的铸币金属形成的分离层，并且具有比阻挡层20更高的对墨水分子32的亲合力。如垂直箭头所示，将墨水分子32从弹性印记10的边缘18和18’上的阻挡层20传输到表面52上。
可以使用弹性印记10和表面52之间的接触时间以确定从弹性印记10的边缘18和18’传送到表面52的墨水分子32的量。增加该接触时间也会增加在衬底52上的墨水分子32的横向运动，如水平箭头所示。墨水的物理性质在这个过程中也起到了很大的作用；典型地疏水墨水如正十八烷硫醇在衬底52上扩展得相对较慢，而亲水墨水如11-巯基十一烷酸在表面52上扩展得相对较快。为了抑制从弹性印记10的体表面12到表面52的墨水分子的汽相扩散，可以使用高沸腾的墨水。可选择地，可以使体表面12保持距离表面52足够远的距离如300nm，以限制从体表面12的汽相扩散效应。
如图1g所示，从表面52除去弹性印记10时，所希望的墨水分子32的图案60粘附到衬底50的表面52，如图1h中所示。该图案60包括具有围绕表面52的未覆盖区62和62’的墨水分子32的边界的正方形“中空”特征。未覆盖区62和62’是各自留在表面52上的凸出部件14和14’的接触表面16和16’的区域。在衬底50的构图期间，表面52的区域64面对在凸出部件14和14’之间的弹性印记10的体表面12。
通过非限制性的示例方式，墨水分子32不会覆盖区域64；本领域的技术人员可以理解，在弹性印记10和衬底50的表面52之间更长时间地接触会增加墨水分子在表面52上的横向运动，例如其会导致部分或完全覆盖区域64。因此，通过本发明的构图方法可以限定中空和填充的两种结构。并且，本领域的技术人员会知道，图案特征并不局限于矩形，其它形状如圆形或直线形也是可行的。
本发明的印刷方法有利于沉积具有亚微米领域，例如几百纳米的分辨率的多种SAM图案。这样的SAM图案可以在随后蚀刻步骤中用作抗蚀剂。可选择地，SAM图案可以在随后蚀刻抗蚀剂沉积步骤中用作掩模，在其之后在随后的蚀刻步骤中除去SAM和下面的层。该SAM图案也可以用作对于形成在衬底表面52上的多层结构的支座(anchor)，其可以通过SAM与随后在SAM的顶部沉积的材料的化学反应或物理作用来获得。
可以使用已知蚀刻技术进行随后的蚀刻步骤；例如在表面52包括携带基于硫醇SAM作为湿法蚀刻抗蚀剂的金层的情况下，可使用如Langmuir、18、2374-2377(2002)中公开的蚀刻电解液成分，其在具有半饱和n-辛醇的水中包含1M的KOH、0.1M的K2SO3、0.01M的K3Fe(CN)6和0.001M的K4Fe(CN)6。
应当注意到上述实施例是说明而不是限制本发明，并且本领域的技术人员能够在不脱离所附权利要求范围的情况下，设计许多不同的实施例。在权利要求中，不应当认为任何设置在括号之间的附图标记是限制该权利要求。词汇“包括”并不排除除那些列在权利要求中的元素和步骤之外的其它元素和步骤的存在。在元素前的词汇”一个”不排除存在多个这样的元素。在相互不同的独立权利要求中引用的某一特征并不表示这些特征不能组合使用。
权利要求
1.一种利用墨水构图衬底(50)的表面(52)的方法，该方法包括以下步骤提供一种具有体表面(12)和从体表面(12)凸出的至少一个部件的弹性印记(10)，该凸出部件(14，14’)具有接触表面(16，16’)和从接触表面(16，16’)延伸到体表面(12)的边缘(18，18’)，该凸出部件(14，14’)和体表面(12)承载有阻挡层(20)；在阻挡层(20)上涂覆墨水和溶剂(30)的溶液；从阻挡层(20)去除溶剂(30)；提供具有一个表面(42)的第一衬底(40)，该表面(42)与阻挡层(20)相比对墨水分子(32)具有更高的亲合力；将凸出部件(14，14’)的接触表面(16，16’)与第一衬底(40)的表面(42)接触；将墨水从凸出部件(14，14’)的接触表面(16，16’)传输到第一衬底(40)的表面(42)；从第一衬底(40)的表面(42)除去弹性印记(10)；提供具有一个表面(52)的第二衬底(50)，该表面(52)与阻挡层(20)相比对墨水分子(32)具有更高的亲合力；将凸出部件(14，14’)的接触表面(16，16’)与第二衬底(50)的表面(52)接触；和通过把墨水从凸出部件(14，14’)的边缘(18，18’)传输到第二衬底(50)的表面(52)上，给第二衬底(50)的表面(52)提供墨水图案(60)。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括除去第二衬底(50)的表面(52)的一部分的步骤，该部分被墨水图案(60)限定。
3.如权利要求2所述的方法，其中除去第二衬底(50)的表面(52)的一部分的步骤包括蚀刻步骤。
全文摘要
提供一种具有体表面(12)的弹性印记(10)，从该体表面上延伸出凸出部件(14，14’)。阻挡层(20)覆盖体表面(12)和凸出部件(14，14’)。将墨水溶液涂覆到弹性印记(10)并干燥该弹性印记(10)之后，弹性印记(10)开始与第一衬底(40)的表面(42)接触。第一衬底(40)的表面(42)对墨水分子(32)具有高亲合力，使用它从凸出部件(14，14’)的接触表面(16，16’)有效地除去墨水分子(32)。随后，使弹性印记(10)与第二衬底(50)的表面(52)接触。从凸出部件(14，14’)的边缘(18，18’)将墨水分子(32)传输到第二衬底(50)的表面(52)，由此在这个表面(52)上以自组织单层的形式形成墨水图案。本发明的构图方法可使用多种墨水在衬底(50)上形成高清晰度的墨水图案。
文档编号B05D1/28GK1863729SQ200480029578
公开日2006年11月15日 申请日期2004年10月7日 优先权日2003年10月11日
发明者D·布尔丁斯基, R·B·A·夏普 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司