KR100249317B1 - 미세 구조물 형성을 위한 리가 공정 - Google Patents

Abstract

본 발명은 리가(LIGA) 공정에 관한 것으로서, 우선, 패턴이 형성되어 있는 박막으로 이루어진 X-선용 마스크를 기판에 부착되어 있지 않고 양면이 노출되어 있는 감광막에 정렬시킨 다음, X-선을 조사하고 현상하여 감광막 패턴을 형성한다. 이때, 현상액에 의한 식각은 감광막의 윗면과 아래면을 통하여 이루어지므로 경사 식각이 가지는 폭이 줄어들어 기판에 부착되어 있는 채로 노광할 때보다 오차가 줄어든다. 또한, 감광막이 기판에 부착되어 있지 않으므로 X-ray의 광자에 의한 산란 또는 2차 전자 효과는 발생하지 않으므로, 현상 후에 감광막 패턴의 오차가 줄어든다.

Description

미세 구조물 형성을 위한 리가 공정

본 발명은 미세 구조물 형성을 위한 리가 공정(LIGA process)에 관한 것이다.

일반적으로 리가(LIGA) 공정은 X-선을 이용한 사진 공정(X-ray lithography), 전기 도금 공정(electroforming) 및 플라스틱 사출(plastic molding) 공정 등의 세 가지 단계로 이루어진 미세한 가공 기술을 의미하며, 독일어 Lithographie, Galvanoformung 및 Abformung의 첫글자를 인용한 약자이다.

X-선을 이용한 사진 공정에서는 X-선용 마스크를 통하여 감광막(photoresist)에 X-선을 조사하고 현상하여 미세한 감광막 구조물을 제작하는 공정이며, 전기 도금 공정은 제작된 미세한 감광막 구조물에서 감광막이 제거된 부분에 전기 도금법을 이용하여 금속물을 성장시켜 채운 후 남겨진 감광막을 제거하여 미세한 금속 구조물을 제작하는 공정이며, 사출 공정은 제작된 미세한 금속 구조물을 금형으로 이용하여 플라스틱 구조물을 사출하는 공정이다.

이러한 리가 공정의 장점은 감광막을 노광할 때, 투과성이 우수한 X-선(1~10Å 범위의 파장)을 광원으로 사용함으로써 수 μm의 폭을 유지하면서도 수백 μm의 높이를 가질 수 있는 감광막 구조물을 제작할 수 있다는 것이다. 또한 제작된 감광막 구조물의 벽면에 대한 조도가 30nm의 범위에서 매우 작으므로 광학 부품을 제작하는 데 응용할 수 있다. 이러한 감광막 구조물을 이용하여 도금에 의한 금속 구조물을 제작할 때 감광막 구조물과 반대 형상의 금속 구조물을 얻을 수 있으며, 이때 정밀도는 감광막 구조물과 거의 일치한다.

그러면, 첨부한 도면을 참고로 하여 종래의 리가 공정에 대하여 더욱 자세하게 알아보면 다음과 같다.

도 1a에서 도 1f는 종래의 기술에 따른 리가 공정(LIGA process)을 그 공정 순서에 따라 도시한 단면도이다.

먼저 X-선을 이용한 사진 공정으로서, 도 1a 및 도 1b에서 보는 바와 같이, 패턴이 형성되어 있는 마스크(3)를 감광막(2)이 부착되어 있는 기판(1) 위에 정렬시킨다. 다음, 마스크(3) 위에서 X-선을 조사하여 감광막(2)의 일부를 감광시키고 현상하여 기판(1) 상부에 마스크(3)의 패턴과 동일한 모양의 감광막 패턴(2)을 형성한다.

다음은 전기 도금 공정으로서, 도 1c 및 도 1d에서 보는 바와 같이, 전기 도금 공정을 통하여 감광막(2)이 제거되어 있는 부분에 금속 물질(7)을 성장시키면서 채우고, 감광막(2)을 제거한다. 이어, 개구부(6)가 형성되어 있는 플레이트(5)를 감광막(2)이 제거된 부분 위에 위치하도록 정렬한다.

마지막은 사출 공정으로서, 도 1e 및 도 1f에서 보는 바와 같이, 플레이트(5)의 개구부(6)를 통하여 감광막이 제거된 공간에 플라스틱(plastic) 물질(8)을 채우고 플라스틱 물질(8)의 구조물이 형성된 다음, 금속 물질(7)과 기판(1)을 제거한다.

그러나 이러한 종래의 기술에 따른 리가 공정에서는 최초로 제작한 마스크 패턴의 치수와 리가 공정을 통하여 제작된 최종 제품의 치수와 차이가 발생하는 문제점이 있다. 이러한 문제점은 현상과정에서 발생하는 것으로서 도 2를 참고로 하여 상세하게 설명한다.

우선, 노광된 감광막(2)을 현상할 때 감광막(2)의 깊이 방향으로 감광막(2)이 식각되는 동안에 노광되지 않은 감광막(2)의 벽면도 약간씩 식각되면서, 식각 완료후 감광막(2)의 상부인 a 부분에서 Δx만큼의 경사 식각이 발생한다.

또한, 기판(1)의 계면에서 발생하는 광자의 산란 또는 광자의 에너지에 의해 발생하는 2차 전자 효과로 인하여 감광막(2)의 아래 부분인 b 부분이 손상되어 오차가 발생한다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 리가 공정에서 발생하는 오차를 최소화하는 데 그 과제가 있다.

도 1a에서 도 1f는 종래의 기술에 따른 리가 공정(LIGA process)을 그 공정 순서에 따라 도시한 단면도이고,

도 2는 도 1b에서 A 부분을 상세하게 도시한 단면도이고,

도 3a에서 도 3h는 본 발명의 실시예에 따른 리가 공정을 그 공정 순서에 따라 도시한 단면도이고,

도 4는 도3b에서 B 부분을 상세하게 도시한 단면도이고,

도 5a에서 도 5d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 리가 공정을 도시한 도면이다.

이러한 본 발명에 따른 리가 공정에서는 패턴이 형성되어 있는 마스크를 기판에 부착되지 않은 감광막에 정렬시키고, 노광 및 현상한다.

이때, 감광막은 양면이 모두 노출되어 있으므로 감광막의 양면에서 동시에 현상이 진행되어 경사의 폭이 감소한다. 또한, 기판에 의한 2차 전자 효과가 나타나지 않으므로 오차가 줄어든다.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 리가 공정의 실시예를 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명한다.

도 3a에서 도 3f는 본 발명의 제1 실시예에 따른 리가 공정을 그 공정 순서에 따라 도시한 단면도이고, 도 4b는 도 3b에서 B 부분을 상세하게 도시한 단면도이다.

도 3a에서 보는 바와 같이, 우선, 흡수체(absorber)(40)의 패턴이 형성되어 있는 박막(membrane)(30)으로 이루어진 X-ray용 마스크를 기판에 부착되지 않고 양면이 노출되어 있는 감광막(20)의 상부에 정렬시킨 다음, 박막(30)의 상부에서 X-ray를 조사한다. 여기에서 감광막(20)으로는 PMMA(poly methyl methacrylate)를 사용한다.

X-선이 조사된 감광막(20)을 2-에탄올(2-ethanol), 2-아미노에탄올(2-aminoethanol), 모폴린(morpholine) 및 물의 혼합액을 현상액으로 사용하여 현상한다. 그러면 도 3b에서 보는 바와 같이 X-선이 조사되지 않은 부분만 남게 되어 감광막 패턴(200)이 형성된다.

이때, 현상액에 의한 식각은 감광막(20)의 윗면과 아래면을 통하여 동시에 이루어지므로 도 4에서 보는 바와 같이 이루어진다. 즉, 종래의 경사 식각이 가지는 Δx의 폭보다 줄어들게 되며 그 폭은 Δx/2 정도이다.

또한, 감광막(20)이 기판에 도포되어 있지 않으므로 X-선의 광자에 의한 산란 또는 2차 전자 효과는 발생하지 않는다. 따라서, 현상 후에 감광막(20)의 오차가 발생하지 않는다.

다음, 도 3c에서 보는 바와 같이, 도금 기저막(plating base layer)(90)과 액상의 PMMA를 코팅한 후 베이킹(baking)한 접착막(100)이 차례로 형성되어 있는 기판(10)의 상부에 현상된 감광막 패턴(200)을 부착한다.

여기서, 도금 기저막(90)은 Au, Cr, Ni, Ti의 단일막 또는 이들의 이중막으로 형성하며, 이러한 도금 기저막(90)은 이후의 공정에서 전기 도금시 기판의 표면에 전류를 흐르게 하는 기능을 가진다.

이어, 도 3d에서 보는 바와 같이, 감광막 패턴(200)에 의해 가려지지 않은 접착막(100)을 제거하여 도금 기저막(90)을 노출시킨다.

이때, 도금 기저막(90)을 노출시키는 방법으로는 산소 가스를 이용한 반응성 이온 식각(RIE : ractive ion etching) 방법을 적용한다. 여기서, 접착막(100)과 감광막 패턴(200)은 동일한 물질로 이루어져 있으므로 노출된 접착막(100)을 제거할 때, 감광막 패턴(200)의 상단의 일부도 제거되지만 감광막 패턴(200)의 치수 및 구조에는 영향을 미치지 않는다.

다음, 도 3e 및 3f에서 보는 바와 같이, 전기 도금 공정을 통하여 노출된 도금 기저막(90)의 상부에 금속 물질(70)을 성장시켜 채우고, 남겨진 감광막 패턴(200) 및 접착막(100)을 제거하여 금속 구조물(70)을 형성한다.

이때 금속 구조물(70)은 Ni, Cu, Au, Ni-Fe의 합금 등으로 형성하며, 금형으로서 Ni로 형성하는 경우에는 금형 구조물의 수명을 연장하기 위하여 Ni의 상부에 Ni-P의 혼합물을 코팅하는 것이 바람직하다.

이후의 공정인 플라스틱 구조물을 형성하는 공정은 도 1d 내지 도 1f에 도시한 종래 기술의 공정과 동일하다.

도 5a내지 도 5d는 본 발명의 제2 실시예에 따른 리가 공정을 도시한 도면이다.

우선, 도 5a에서 보는 바와 같이, 제1 실시예에서와 마찬가지로 양면이 노출되어 있는 감광막에 마스크를 통하여 X-선을 조사하고 노광 현상하여 감광막 구조물(200)을 형성한다. 감광막 구조물(200)의 내부에는 한쪽 면에 미세한 패턴(210)이 형성되어 있는 개구부(220)가 형성되어 있다.

다음, 도 5b 및 도 5c에서 보는 바와 같이, 미세한 패턴(210)이 형성되어 있는 면의 반대면을 절단하여 개방한 다음, 미세한 패턴(210)이 형성된 면으로부터 금속을 증착하여 도금 기저막(900)을 형성한다.

마지막으로 도 5d에서 보는 바와 같이, 전기 도금 공정을 통하여 도금 기저막(900)의 상부에 금속 물질(700)을 성장시켜 채우고, 감광막 패턴(200)을 제거하여 금속 구조물(700)을 형성한다.

따라서, 본 발명에 따른 리가 공정에서는 기판에 부착되지 않고 양면이 노출된 감광막 패턴을 X-선 노광시 광자에 의한 산란 또는 2차 전자 효과로 인하여 발생하는 오차를 줄일 수 있다. 또한, 감광막 패턴의 상부 및 하부 면에서 동시에 식각이 진행되므로 경사 식각의 폭으로 인하여 발생하는 오차를 반으로 줄일 수 있다.

Claims (7)

1. 양면이 노출되어 있는 감광막에 마스크를 통하여 X-선을 조사하는 단계,

   상기 감광막을 현상하여 감광막 구조물을 형성하는 단계

   도금 기저막 및 접착막이 차례로 형성되어 있는 기판의 상부에 상기 감광막 구조물을 부착하는 단계,

   상기 감광막 구조물로 가려지지 않고 노출된 상기 접착막을 제거하여 상기 도금 기저막을 드러내는 단계,

   전기 도금 공정을 통하여 상기 노출된 도금 기저막의 상부에 금속 구조물을 형성하는 단계,

   상기 감광막 구조물 및 상기 접착막을 제거하는 단계를 포함하는 리가 공정.
2. 제1항에서, 상기 접착막은 상기 감광막 구조물과 동일한 물질로 형성하는 리가 공정.
3. 제2항에서, 상기 접착막 및 상기 감광막은 PMMA(poly methyl methacrylate)로 형성하는 리가 공정.
4. 제3항에서, 상기 도금 기저막은 Au, Cr, Ni, Ti의 단일막 또는 이들의 이중막으로 형성하는 리가 공정.
5. 제4항에서, 상기 도금 기저막을 드러내는 단계는 산소 가스를 이용한 반응성 이온 식각(RIE ; ractive ion etching) 방법으로 행하는 리가 공정.
6. 제5항에서, 상기 금속 구조물은 Ni, Cu, Au 또는 Ni-Fe 중 하나의 금속으로 형성하는 리가 공정.
7. 제6항에서, 상기 금속 구조물을 상기 Ni로 형성하는 경우에는 상기 금속 구조물의 수명을 연장하기 위하여 Ni의 상부에 Ni-P의 혼합물을 코팅하는 리가 공정.

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