KR100407601B1 - 열처리 및 모세관 현상을 이용한 열경화성 고분자박막상의 미세 패턴 형성 방법 - Google Patents

열처리 및 모세관 현상을 이용한 열경화성 고분자박막상의 미세 패턴 형성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고분자 주형을 통한 모세관 효과를 이용하는 간단한 공정을 통해 기판 상에 목표로 하는 미세 패턴을 형성할 수 있도록 한 미세 패턴 형성 방법에 관한 것으로, 이를 위하여 본 발명은, 종래의 미세 접촉 프린팅 방법 및 각인 방법과는 달리, 열경화성 고분자 물질, 고분자 주형을 이용하는 모세관 현상, 열처리 공정 등을 이용하여 기판 상에 식각 마스크 또는 박막 성장 억제층으로 이용할 마스크 패턴을 형성하고, 이러한 마스크 패턴을 이용하는 부가적 방법(성장 방법) 또는 감쇄적 방법(식각 방법)을 통해 기판 상에 목표로 하는 형상을 갖는 박막의 미세 패턴을 효과적으로 형성할 수 있는 것이다.

Description

열처리 및 모세관 현상을 이용한 열경화성 고분자 박막상의 미세 패턴 형성 방법{METHOD FOR FORMING MICRO PATTERN IN THERMOSET POLYMER FILM BY USING THERMAL TREATMENT AND CAPILLARY FORCE}
본 발명은 기판(예를 들면, 세라믹 기판, 금속층, 고분자층 등) 상에 미세 패턴을 형성하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 집적 회로(IntegratedCircuit), 전자 소자, 광 소자(photo-electronic), 자기(Magnetic) 소자, SAW(Self Acoustic Wave) 필터 등의 제조 공정시에 열처리 및 모세관 효과를 이용한 열경화성 고분자 박막상에 초미세 패턴(1㎛ 이하 ∼ 수십㎚)을 형성하는 데 적합한 미세 패턴 형성 방법에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 반도체, 전자, 광전, 자기, 표시 소자 등을 제조할 때 기판 상에 미세 패턴을 형성하는 공정을 수행하게 되는 데, 이와 같이 기판 상에 미세 패턴을 형성하는 대표적인 기법으로는 빛을 이용하여 미세 패턴을 형성하는 포토리쏘그라피(phtolithography) 방법이 있다.
상기한 포토리쏘그라피 방법은 빛에 대한 반응성을 갖는 고분자 물질(예를 들면, 포토레지스트 등)을 패터닝하고자 하는 물질이 적층(또는 증착)된 기판 상에 도포하고, 목표로 하는 임의의 패턴으로 설계된 레티클을 통해 고분자 물질 상에 빛을 투과시켜 노광하며, 현상 공정을 통해 노광된 고분자 물질을 제거함으로써, 패터닝하고자 하는 물질 위에 목표로 하는 패턴을 갖는 패턴 마스크(또는 식각 마스크)를 형성한다. 이후에, 패턴 마스크를 이용하는 식각 공정을 수행함으로써, 기판 상에 적층된 물질을 원하는 패턴으로 패터닝한다.
한편, 상기한 바와 같은 포토리쏘그라피 방법은 회로 선폭(또는 패턴 선폭)이 노광 공정에 사용되는 빛의 파장에 의해 결정된다. 따라서, 현재의 기술수준을 고려할 때 포토리쏘그라피 공정을 이용하여 기판 상에 초미세 패턴, 예를 들면 선폭이 100㎚ 이하인 초미세 패턴을 형성하는 것이 불가능한 실정이다.
또한, 빛을 이용한 방법으로 다중 공정을 통한 3차원 형상을 대면적 기판 위에 패턴을 형성할 수는 있으나, 다중 공정을 행하기 위해서는 하나의 패턴을 형성할 때마다 패턴 형성, 식각 공정, 세정 공정 등을 수행해야만 하기 때문에 시간이 오래 걸리고 공정이 매우 복잡해진다는 문제가 있으며, 이러한 문제는 결국 제품의 제조 비용 상승 및 생산성의 저하를 초래하게 된다는 문제를 야기시킨다.
더욱이, 빛을 이용하여 기판 상에 미세 패턴을 형성하는 종래의 방법에서는 패턴이 형성될 기판의 표면이 편평하지 않으면 빛의 반사나 회절, 세기 변화 등에 의하여 공정이 매우 복잡해진다는 문제가 있었다.
따라서, 선폭이 100㎚ 이하인 초미세 패턴을 형성하는 새로운 기법에 대한 연구 개발이 도처에서 활발하게 진행되고 있으며, 새로운 기법으로는 미세 접촉 프린팅(micro-contact printing) 방법과 각인(imprinting) 방법이 있다.
상기한 방법 중 미세 접촉 프린팅 방법은 고분자 주형(mold)를 기판 상에 각인시켜 원하는 형상의 패턴을 얻는 방식, 즉 원하는 모양의 형상(또는 패턴)을 갖는 고분자 주형(즉, PDMS 주형)을 기판 상에 접촉시켜 표면 상태를 변화시기고, 이를 통해 원하는 부분만을 남기고 식각하거나 선택적으로 증착하는 방법이다.
그러나, 상술한 바와 같은 종래의 미세 접촉 프린팅 방법은 특별한 외력을 가하지 않는다는 장점을 갖는 반면에 변형된 표면을 깎아내지 않는 이상 영구적으로 유지된다는 단점을 갖는다.
한편, 각인 방법은 원하는 형상(패턴)을 가지고 있는 경도가 큰 주형을 물리적인 힘으로 가압하여 고분자 위에 미세 패턴을 형성하고, 예를 들면 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching) 등의 방법을 이용하여 이를 기판에 전송하는 방법이다.
그러나, 상기한 각인 방법은 가압할 때 높은 압력을 이용하기 때문에 고분자 박막 및 기판이 변형되거나 파손되는 현상이 야기된다는 치명적인 단점을 갖는다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고분자 주형과 모세관 효과를 이용하는 간단한 공정을 통해 기판 상에 목표로 하는 미세 패턴을 형성할 수 있는 열처리 및 모세관 현상을 이용한 열경화성 고분자 박막상의 미세 패턴 형성 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 형태에 따른 본 발명은, 임의의 패턴 구조를 갖는 주형을 이용하여 기판 상에 목표로 하는 미세 패턴을 형성하는 방법에 있어서, 임의의 패턴 구조를 갖는 주형을 준비하는 과정; 상기 기판 상에 소정 두께의 열경화성 고분자 물질을 형성하는 과정; 상기 고분자 물질에 상기 주형의 패턴면을 접촉시킨 후 열처리 공정을 수행하여 상기 패턴면에 접촉된 상기 고분자 물질을 선택적으로 경화시키고, 상기 주형을 탈거하는 과정; 및 용매를 이용하여 상기 고분자 물질 중 선택적으로 미경화된 부분을 제거하여 상기 기판의 일부를 선택적으로 노출시킴으로써, 고분자로 된 미세 패턴을 형성하는 과정으로 이루어진 열처리 및 모세관 현상을 이용한 열경화성 고분자 박막상의 미세 패턴 형성 방법을 제공한다.상기 목적을 달성하기 위한 다른 형태에 따른 본 발명은, 임의의 패턴 구조를 갖는 주형을 이용하여 기판 상에 목표로 하는 미세 패턴을 형성하는 방법에 있어서, 임의의 패턴 구조를 갖는 주형을 준비하는 과정; 상기 기판 상에 소정 두께의 박막 물질을 형성하는 과정; 상기 박막 물질의 상부 전면에 걸쳐 소정 두께의 열경화성 고분자 물질을 형성하는 과정; 상기 고분자 물질에 상기 주형의 패턴면을 접촉시킨 후 열처리 공정을 수행하여 상기 패턴면에 접촉된 고분자 물질을 선택적으로 경화시키고, 상기 주형을 탈거하는 과정; 용매를 이용하여 상기 고분자 물질 중 선택적으로 미경화된 부분을 제거하여 상기 박막 물질의 일부를 선택적으로 노출시킴으로써, 고분자로 된 미세 패턴을 형성하는 과정; 상기 고분자 미세 패턴을 식각 마스크로 하는 식각 공정을 수행하여 상기 노출된 박막 물질의 일부를 선택적으로 제거하는 과정; 및 상기 고분자 미세 패턴을 제거하여 상기 기판 상에 목표로 하는 박막의 미세 패턴을 형성하는 과정으로 이루어진 열처리 및 모세관 현상을 이용한 열경화성 고분자 박막상의 미세 패턴 형성 방법을 제공한다.
도 1a 내지 1i는 본 발명의 일 실시예에 따라 열처리 및 모세관 효과를 이용한 열경화성 고분자 박막상에 미세 패턴을 형성하는 과정을 도시한 공정 순서도,
도 2a 내지 2g는 본 발명의 다른 실시예에 따라 열처리 및 모세관 효과를 이용한 열경화성 고분자 박막상에 미세 패턴을 형성하는 과정을 도시한 공정 순서도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
104, 202 : 실리콘 기판 108, 206 : 고분자 물질
108a, 206a : 경화 영역 108b, 206b : 미경화 영역
108c, 206c : 고분자 패턴 110, 208 : 고분자 주형
112, 204 : 박막의 미세 패턴
본 발명의 상기 및 기타 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.
먼저, 본 발명의 핵심 기술 요지는, 패터닝하고자 하는 형상을 갖는 고분자 주형(mold)을 준비하고, 열경화성 고분자 물질이 형성된 기판 상에 준비된 고분자 주형을 접촉(또는 미세한 밀착 접촉)시켜 모세관 효과에 의해 고분자 물질의 일부를 주형 내의 빈 공간(음각 부분)으로 유입시키고, 임의의 온도 분위기(즉, 열경화온도보다 약간 낮은 온도로써, 예를 들어 열경화 온도가 100℃라고 가정할 때 대략 90℃ 정도)에서 열처리 공정 및 현상 공정을 수행함으로써, 기판 상에 목표로 하는 미세 패턴을 형성한다는 것으로, 이러한 기술적 수단을 통해 본 발명에서 목적으로 하는 바를 쉽게 달성할 수 있다. 여기에서, 열경화성 고분자는 열적 요인에 의해 가교 결합을 형성할 수 있는 고분자를 의미하는 것으로, 이러한 열경화성 고분자로서는, 예를 들면 포토레지스트 등을 들 수 있다.
이때, 본 발명에서는 PDMS 등의 고분자 주형 뿐만 아니라 Si, SiO2등과 같은 무기물 주형을 사용할 수도 있다.
먼저, 열적 요인에 의해 가교 결합을 형성할 수 있는 열경화성 고분자 박막에 대해 PDMS 고분자 주형, 무기물 주형을 접촉(또는 미세한 밀착 접촉)시키면, 주형에 새겨진 형상의 모양에 따라 음각 부분과 접촉하는 유동 상태의 고분자 박막은 모세관 효과에 의해 고분자 주형 음각 부분의 빈 공간으로 채워져 들어가게 되고, 양각 부분과 접촉하는 고분자는 이와 반대로 상대적으로 얇아지게 되어, 이러한 모세관 효과를 이용하여 고분자 주형에 형성된 패턴의 형상을 고분자 박막 상에 전사시킬 수 있다.
일반적으로, 포토레지스트 등과 같은 열경화성 고분자는 제품의 종류에 따라 고유의 경화 온도를 갖는 데, 이들 열경화성 고분자들은 경화 온도보다 높은 온도 조건하에서는 가교 결합을 이루면서 경화되며, 이와 같이 가교 결합으로 경화된 고분자들은 용매(예를 들면, 현상액, 솔벤트 등)에도 더 이상 용해되지 않는 특성을 갖게 된다.
앞에서 언급한 바와 같이, 주형과 접촉한 상태의 열경화성 고분자 박막에 대해 가교 결합이 형성되는 일반적인 경화 온도 조건보다 낮은 온도 조건(예를 들어, 경화 온도가 100℃라 가정할 때 대략 90℃ 정도)에서 열처리를 하게 되면, 주형의 양각 부분과 접촉하여 눌린 부분의 고분자 박막은 가교 결합에 의해 경화되기 때문에 열처리 후 용매를 가하더라도 용해되지 않고 남게 되지만 그렇지 않은 부분(경화되지 않는 부분)은 용매에 의해 용해됨으로써, 주형이 가지고 있던 패턴이 그대로 고분자 박막 상에 전사된다.
따라서, 본 발명에서는 상술한 바와 같은 원리를 이용하여 기판 상에 목표로 하는 미세 패턴을 형성하며, 이러한 미세 패턴을 이용하는 부가적(증착 물질 성장) 방법 또는 감쇄적(박막 식각) 방법을 통해 기판 상에 목표로 하는 형상을 갖는 박막(예를 들면, 전도체, 절연체, 반도체, 유기물 등의 박막)의 미세 패턴을 형성할 수 있다.
[실시예 1]
본 실시예에서는 고분자 주형을 이용하는 모세관 효과와 열경화성 고분자 물질의 경화 온도보다 적어도 낮은 온도 조건의 열처리 공정을 통해 기판 상에 미세 패턴, 즉 고분자 패턴을 형성하고, 이 고분자 패턴을 성장 억제층으로 하는 박막() 성장 공정을 수행하는 부가적(박막 성장) 방법을 통해 기판 상에 목표로 하는 박막(예를 들면, 전도체, 절연체, 반도체, 유기물 등의 박막)의 미세 패턴을 형성한다.
도 1a 내지 1i는 본 발명의 일 실시예에 따라 모세관 효과를 이용하여 기판상에 미세 패턴을 형성하는 과정을 도시한 공정 순서도이다.
도 1a를 참조하면, 미세 패턴을 형성하고자 하는 실리콘 기판(104)을 TCE(trichloroethylene) 용액(102)이 담긴 용기(100)에 넣고 기설정된 소정 시간(예를 들면, 5분 등) 동안 초음파 세척하고, 이어서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(104)을 메탄올 용액(106)이 담긴 용기(100)에 넣고 기설정된 소정 시간(예를 들면, 5분 등) 동안 초음파 세척한 후, 용기(100)로부터 실리콘 기판(104)을 꺼내어 증류수로 다시 세척한다. 여기에서, 일예로서 실리콘 기판을 예로 들고 있으나 본 발명은 실리콘 기판 뿐만 아니라 세라믹 기판, 금속층, 고분자층 등에 적용할 수도 있다.
다음에, 일예로서 도 1c에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(104)의 상부 전면에 걸쳐 스핀 코팅(예를 들면, 2500 - 4000rpm의 조건에서 4-7초간 스핀 코딩) 등의 방법을 이용하여 대략 1㎛ 내외의 열경화성 고분자 물질(예를 들면, 포토레지스트 등)(108)을 형성한다. 여기에서, 일예로서 실리콘 기판을 예로 들고 있으나 본 발명은 실리콘 기판 뿐만 아니라 기타 세라믹 기판, 금속층, 고분자층 등에 적용할 수도 있다.
한편, 본 발명에서는 실리콘 기판 상에 미세 패턴을 형성할 때, 원하는 형상의 패턴이 형성된 PDMS 고분자 주형(또는 무기물 주형)을 이용하는 데, 이와 같이 준비된 고분자 주형(110)을 열경화성 고분자 물질(108)의 용매가 기화되기 이전(즉, 고분자 물질의 유동 상태가 유지되는 시간 이내)에, 일예로서 도 1d에 도시된 바와 같이, 열경화성 고분자 물질(108)에 밀착 접촉시킨다. 이때, 고분자 주형(110)의 접촉면(패턴의 양각면)과 열경화성 고분자 물질(108) 사이가 뜨지 않도록 접촉할 필요가 있으며, 고분자 물질(108)의 일부는 모세관 효과에 의해 고분자 주형(110)의 음각 부분으로 자발적으로 유입된다. 이때, 주형(110) 패턴면의 음각 부분의 깊이를 고려하여 실리콘 기판(104) 상에 형성되는 고분자 물질(108)의 양을 적절하게 조절함으로써, 주형(110)의 패턴면을 고분자 물질(108)에 접촉시킬 때 모세관 효과에 의해 음각 부분으로 유입되는 고분자 물질(108)의 상부가 주형(110) 패턴면의 음각 부분에 닿지 않도록 한다.이어서, 고분자 주형(110)이 접촉된 실리콘 기판(104)을 열처리 로에 넣어 열처리 공정을 수행, 예를 들어 경화온도가 90℃ 정도인 포토레지스트의 경우, 대략 80 - 83℃ 정도의 온도에서 대략 1시간 동안 열처리를 수행함으로써, 일예로서 도 1e에 도시된 바와 같이, 고분자 물질(108)의 일부를 선택적으로 경화, 즉 주형(110) 패턴면의 양각 부분에 맞닿아 있는 고분자 물질(108)만을 열처리 공정에 의한 가교 결합으로 선택적으로 경화시키며, 이때, 주형(110) 패턴면의 음각 부분에 있는 고분자 물질(108)은 경화되지 않는다. 여기에서의 열처리 온도는 열경화성 고분자의 종류에 따라 달라지는 데, 열경화성 고분자 물질이 갖는 고유의 경화 온도보다 약간 낮은 온도이다.
즉, 고분자 주형(110) 패턴면의 양각 부분(접촉면)에 맞닿는 고분자 물질은 가교 결합에 의해 경화되고 음각 부분에 맞닿지 않는 형태로 있는 고분자 물질은 경화되지 않거나 혹은 용매에 의해 충분하게 녹을 수 있을 정도로 미세하게 경화된다. 즉, 열경화성 고분자 물질(108)은 열처리 공정을 통해 선택적으로 경화되어 경화 영역(108a)과 미경화 영역(108b)으로 구분된다.
따라서, 열처리 공정을 통해 열경화성 고분자 물질을 선택적으로 경화시킨 후 고분자 주형(110)을 떼어 내면, 일예로서 도 1f에 도시된 바와 같이, 열경화성 고분자 물질은 경화 영역(108a)과 미경화 영역(108b)으로 패터닝된다.
이어서, 열경화성 고분자 물질이 경화 영역(108a)과 미경화 영역(108b)으로 구분된 실리콘 기판을 고분자 물질을 녹일 수 있는 통상적인 현상액에 담그면, 가교 결합으로 경화된 경화 영역(108a)을 제외한 미경화 영역(108b)이 제거됨으로써,일예로서 도 1g에 도시된 바와 같이, 고분자 패턴(108c)을 형성한다.
즉, 본 실시예에 따르면, 미세 접촉 프린팅 방법과 각인 방법을 통해 기판 상에 미세 패턴을 형성하는 전술한 종래 기술과는 달리, 고분자 주형을 통한 모세관 효과, 경화 온도보다 낮은 온도 조건의 열처리 공정 및 현상 공정을 이용하여 기판 상에 목표로 하는 형상을 갖는 미세 패턴(즉, 박막의 성장 억제층으로 이용할 수 있는 고분자 마스크 패턴)을 형성할 수 있다.
다음에, 일예로서 도 1h에 도시된 바와 같이, 증착 공정을 수행하여 노출된 실리콘 기판(104) 상에 선택적으로 예를 들면, 구리, 알루미늄 등의 박막을 증착시키는 데, 이러한 증착 공정 중에 고분자 패턴(108c)의 상부에는 박막이 증착되지 않고 노출된 실리콘 기판(104) 상에만 박막이 증착된다.
이어서, 아세톤, 스트리퍼(stripper) 등과 같은 용매를 이용하여 고분자 패턴(108c)을 제거한 후 질소를 불어 넣어 건조시킴으로써, 일예로서 도 1i에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(104) 상에 최종 목표로 하는 박막의 미세 패턴(112)(예를 들면, 구리, 알루미늄 등의 금속 배선)을 형성한다.
따라서, 본 실시예에 따르면, 종래의 미세 접촉 프린팅 방법 및 각인 방법과는 달리, 원하는 형상의 패턴을 갖는 고분자 주형을 이용하는 모세관 효과, 경화 온도보다 낮은 온도 조건의 열처리 공정 및 현상 공정을 이용하는 간단한 공정을 통해 기판(예를 들면, 세라믹 기판, 금속층, 고분자층 등) 상에 원하는 형상을 갖는 박막의 초미세 패턴을 쉽게 형성할 수 있다.
[실시예 2]
본 실시예에 따른 미세 패턴 형성 방법은, 부가적 방법, 즉 고분자 주형, 모세관 효과, 열처리 공정 및 현상 공정을 통해 기판 상에 고분자 패턴(또는 박막의 성장 억제층)을 형성하고, 증착 공정을 통해 고분자 패턴이 형성되지 않은 실리콘 기판 상에만 박막을 증착시킨 후 고분자 패턴을 제거함으로써, 기판 상에 박막의 미세 패턴을 형성하는 전술한 실시예 1과는 달리, 고분자 주형, 모세관 효과, 열처리 공정 및 현상 공정을 통해 실리콘 기판 상에 형성된 박막의 상부에 원하는 형상의 고분자 패턴(또는 식각 마스크 패턴)을 형성하고, 이 형성된 식각 마스크 패턴을 이용하는 식각 공정을 통해 하부에 있는 박막의 일부를 선택적으로 제거(감쇄적 방법)함으로써 기판 상에 박막의 미세 패턴을 형성한다는 점이 다르며, 이러한 점을 제외한 다른 공정들은 전술한 실시예 1에서의 공정들과 실질적으로 동일하다.
즉, 본 실시예에 따른 미세 패턴 형성 방법은, 도 1a 및 1b에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판을 세정하는 과정들은 전술한 실시예 1에서의 과정들과 실질적으로 동일하다.
도 2a 내지 2g는 본 발명의 다른 실시예에 따라 모세관 효과를 이용하여 기판 상에 미세 패턴을 형성하는 과정을 도시한 공정 순서도이다.
도 2a를 참조하면, 증착 공정을 통해 실리콘 기판(202)의 상부 전면에 걸쳐 구리, 알루미늄 등과 같은 박막 물질(204')을 형성하고, 전술한 실시예 1에서와 동일 내자 유사한 스핀 코팅 방법을 수행하여, 박막 물질(204'의 상부에 열경화성 고분자 물질(206)을 형성한다.
다음에, 원하는 형상의 패턴이 형성된 PDMS 고분자 주형(엘라스토머 고분자 주형 또는 무기물 주형)(208)을 열경화성 고분자 물질(206)의 용매가 기화전기 이전(즉, 고분자 물질의 유동 상태가 유지되는 시간 이내)에, 일예로서 도 2b에 도시된 바와 같이, 열경화성 고분자 물질(206)에 밀착 접촉시킨다. 이때, 고분자 주형(110)의 접촉면과 열경화성 고분자 물질(206) 사이가 뜨지 않도록 접촉할 필요가 있으며, 고분자 물질(206)의 일부는 모세관 효과에 의해 고분자 주형(208)의 음각 부분에 자발적으로 유입된다. 이때, 주형(208) 패턴면의 음각 부분의 깊이를 고려하여 박막 물질(204') 상에 형성되는 고분자 물질(206)의 양을 적절하게 조절함으로써, 주형(208)의 패턴면을 고분자 물질(206)에 접촉시킬 때 모세관 효과에 의해 음각 부분으로 유입되는 고분자 물질(206)의 상부가 주형(208) 패턴면의 음각 부분에 닿지 않도록 한다.이어서, 고분자 주형(208)이 접촉된 실리콘 기판(202)을 열처리 로에 넣어 열처리 공정을 수행, 예를 들어 경화온도가 90℃ 정도인 포토레지스트의 경우, 대략 80 - 83℃ 정도의 온도에서 대략 1시간 동안 열처리를 수행함으로써, 일예로서 도 2c에 도시된 바와 같이, 고분자 물질(206)의 일부를 선택적으로 경화, 즉 주형(208) 패턴면의 양각 부분에 맞닿아 있는 고분자 물질(206)만을 열처리 공정에 의한 가교 결합으로 선택적으로 경화시키며, 이때, 주형(208) 패턴면의 음각 부분에 있는 고분자 물질(206)은 경화되지 않는다. 여기에서의 열처리 온도는 열경화성 고분자의 종류에 따라 달라지는 데, 열경화성 고분자 물질이 갖는 고유의 경화 온도보다 약간 낮은 온도이다.즉, 고분자 주형(208) 패턴면의 양각 부분(접촉면)에 맞닿는 고분자 물질은 가교 결합에 의해 경화되고 음각 부분에 있는 고분자 물질은 경화되지 않거나 혹은 용매에 의해 충분하게 녹을 수 있을 정도로 미세하게 경화된다. 즉, 열경화성 고분자 물질(206)은 열처리 공정을 통해 선택적으로 경화되어 경화 영역(206a)과 미경화 영역(206b)으로 구분된다.
따라서, 열처리 공정을 통해 열경화성 고분자 물질을 선택적으로 경화시킨 후 고분자 주형(208)을 떼어 내면, 일예로서 도 2d에 도시된 바와 같이, 열경화성 고분자 물질은 경화 영역(206a)과 미경화 영역(206b)으로 패터닝된다.
다음에, 열경화성 고분자 물질이 경화 영역(206a)과 미경화 영역(206b)으로 구분된 실리콘 기판을 고분자 물질을 녹일 수 있는 통상적인 현상액에 담그면, 가교 결합으로 경화된 경화 영역(206a)을 제외한 미경화 영역(206b)이 제거됨으로써, 일예로서 도 2e에 도시된 바와 같이, 박막 물질(204')의 일부를 노출시키는 고분자 패턴(206c)이 형성된다.
따라서, 본 실시예에 따르면, 미세 접촉 프린팅 방법과 각인 방법을 통해 기판 상에 미세 패턴을 형성하는 전술한 종래 기술과는 달리, 고분자 주형을 통한 모세관 효과, 경화 온도보다 낮은 온도 조건의 열처리 공정 및 현상 공정을 이용하여 기판 상에 목표로 하는 형상을 갖는 미세 패턴(즉, 박막의 식각 마스크 패턴으로 이용할 수 있는 고분자 마스크 패턴)을 형성할 수 있다.
이어서, 박막 물질(204')의 상부에 임의의 패턴으로 형성된 고분자 패턴(206c)을 식각 마스크로 이용하는 식각 공정(예를 들면, 습식 식각 공정)을 수행하여, 일예로서 도 2f에 도시된 바와 같이, 박막 물질(204')의 일부를 선택적으로 제거함으로써 실리콘 기판(202)의 상부 일부를 선택적으로 노출시킨다.
마지막으로, 아세톤, 스트리퍼(stripper) 등과 같은 용매를 이용하여 잔류하는 박막 물질의 상부에 형성된 고분자 패턴(206c)을 제거한 후 질소를 불어 넣어 건조시킴으로써, 일예로서 도 2g에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(202) 상에 최종 목표로 하는 박막의 미세 패턴(204)(예를 들면, 구리, 알루미늄 등의 미세 패턴)을 형성한다.
따라서, 본 실시예에 따른 미세 패턴 형성 방법은, 전술한 실시예 1에서와마찬가지로, 실질적으로 동일한 효과(또는 결과)를 얻을 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 종래의 미세 접촉 프린팅 방법 및 각인 방법과는 달리, 열경화성 고분자 물질, 주형을 이용하는 모세관 현상, 열처리 공정 등을 이용하여 식각 마스크 또는 박막 성장 억제층으로 이용할 마스크 패턴을 형성하고, 이러한 마스크 패턴을 이용하는 부가적(박막 성장 공정) 방법 또는 감쇄적(식각 공정) 방법을 통해 기판(예를 들면, 세라믹 기판, 금속층, 고분자층 등) 상에 목표로 하는 형상을 갖는 박막의 미세 패턴을 효과적으로 형성할 수 있다.

Claims (15)

  1. 임의의 패턴 구조를 갖는 주형을 이용하여 기판 상에 목표로 하는 미세 패턴을 형성하는 방법에 있어서,
    임의의 패턴 구조를 갖는 주형을 준비하는 과정;
    상기 기판 상에 소정 두께의 열경화성 고분자 물질을 형성하는 과정;
    상기 고분자 물질에 상기 주형의 패턴면을 접촉시킨 후 열처리 공정을 수행하여 상기 패턴면에 접촉된 상기 고분자 물질을 선택적으로 경화시키고, 상기 주형을 탈거하는 과정; 및
    용매를 이용하여 상기 고분자 물질 중 선택적으로 미경화된 부분을 제거하여 상기 기판의 일부를 선택적으로 노출시킴으로써, 고분자로 된 미세 패턴을 형성하는 과정으로 이루어진 열처리 및 모세관 현상을 이용한 열경화성 고분자 박막상의 미세 패턴 형성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 방법은:
    증착 공정을 통해 상기 노출된 기판의 상부에 소정 두께의 박막 물질을 선택적으로 형성하는 과정; 및
    상기 고분자로 된 미세 패턴을 제거하여 상기 기판 상에 목표로 하는 박막의 미세 패턴을 형성하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리 및 모세관 현상을 이용한 열경화성 고분자 박막상의 미세 패턴 형성 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 박막은, 전도체, 절연체, 반도체, 유기물 박막 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 열처리 및 모세관 현상을 이용한 열경화성 고분자 박막상의 미세 패턴 형성 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 주형은, 고분자 주형인 것을 특징으로 하는 열처리 및 모세관 현상을 이용한 열경화성 고분자 박막상의 미세 패턴 형성 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 주형은, 무기물 주형인 것을 특징으로 하는 열처리 및 모세관 현상을 이용한 열경화성 고분자 박막상의 미세 패턴 형성 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 열경화성 고분자 물질은, 스핀 코팅 기법을 통해 상기 기판 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 열처리 및 모세관 현상을 이용한 열경화성 고분자 박막상의 미세 패턴 형성 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 열경화성 고분자 물질은, 포토레지스트인 것을 특징으로 하는 열처리 및 모세관 현상을 이용한 열경화성 고분자 박막상의 미세 패턴 형성 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 고분자 패턴은, 현상액을 이용하는 현상 공정을 통해 제거되는 것을 특징으로 하는 열처리 및 모세관 현상을 이용한 열경화성 고분자 박막상의 미세 패턴 형성 방법.
  9. 임의의 패턴 구조를 갖는 주형을 이용하여 기판 상에 목표로 하는 미세 패턴을 형성하는 방법에 있어서,
    임의의 패턴 구조를 갖는 주형을 준비하는 과정;
    상기 기판 상에 소정 두께의 박막 물질을 형성하는 과정;
    상기 박막 물질의 상부 전면에 걸쳐 소정 두께의 열경화성 고분자 물질을 형성하는 과정;
    상기 고분자 물질에 상기 주형의 패턴면을 접촉시킨 후 열처리 공정을 수행하여 상기 패턴면에 접촉된 상기 고분자 물질을 선택적으로 경화시키고, 상기 주형을 탈거하는 과정;
    용매를 이용하여 상기 고분자 물질 중 선택적으로 미경화된 부분을 제거하여 상기 박막 물질의 일부를 선택적으로 노출시킴으로써, 고분자로 된 미세 패턴을 형성하는 과정;
    상기 고분자 미세 패턴을 식각 마스크로 하는 식각 공정을 수행하여 상기 노출된 박막 물질의 일부를 선택적으로 제거하는 과정; 및
    상기 고분자 미세 패턴을 제거하여 상기 기판 상에 목표로 하는 박막의 미세 패턴을 형성하는 과정으로 이루어진 열처리 및 모세관 현상을 이용한 열경화성 고분자 박막상의 미세 패턴 형성 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 박막은, 전도체, 절연체, 반도체, 유기물 박막 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 열처리 및 모세관 현상을 이용한 열경화성 고분자 박막상의 미세 패턴 형성 방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 주형은, 고분자 주형인 것을 특징으로 하는 열처리 및 모세관 현상을 이용한 열경화성 고분자 박막상의 미세 패턴 형성 방법.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 주형은, 무기물 주형인 것을 특징으로 하는 열처리 및 모세관 현상을 이용한 열경화성 고분자 박막상의 미세 패턴 형성 방법.
  13. 제 9 항에 있어서, 상기 열경화성 고분자 물질은, 스핀 코팅 기법을 통해 상기 기판 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 열처리 및 모세관 현상을 이용한 열경화성 고분자 박막상의 미세 패턴 형성 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 열경화성 고분자 물질은, 포토레지스트인 것을 특징으로 하는 열처리 및 모세관 현상을 이용한 열경화성 고분자 박막상의 미세 패턴 형성 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 고분자 패턴은, 현상액을 이용하는 현상 공정을 통해 제거되는 것을 특징으로 하는 열처리 및 모세관 현상을 이용한 열경화성 고분자 박막상의 미세 패턴 형성 방법.
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