KR100731737B1 - 섀도우 마스크 기능을 갖는 자외선 경화 수지 몰딩용 복합몰드 및 그 제조 방법과 이를 이용한 패턴 형성 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자외선 경화형 성형 수지에 대한 선택적인 경화 기법을 통해 물리적인 이격 형태의 패턴을 기판 상에 간단하게 형성할 수 있도록 한다는 것으로, 이를 위하여 본 발명은, 몰드 지지체 상에 자외선 차단층으로 기능하는 섀도우 마스크층을 먼저 형성하고 임의의 패턴이 형성된 기판 상에 코팅된 자외선 혹은 열 경화형 몰드 수지를 몰드 지지체 상에 접착시키는 방법으로 자외선을 선택적으로 차단하는 광 블록킹층을 갖는 복합 몰드를 제공하며, 또한 이와 같이 제조된 복합 몰드를 이용하는 선택적인 자외선 조사 및 경화 기법을 통해 기판 상에 목표로 하는 패턴, 예컨대 물리적으로 서로 이격된 형태를 갖는 수지 패턴을 형성함으로써, 패턴 형성을 위한 제조 공정의 간소화 및 생산성 향상을 실현할 수 있는 것이다.
임프린팅, 자외선 경화 수지, 몰드, 섀도우 마스크
Description
도 1a 내지 1f는 종래의 일반적인 방법에 따라 자외선 경화형 수지의 몰딩 방식을 이용하여 몰드 및 패턴을 제조하는 과정을 도시한 공정 순서도,
도 2a 내지 2e는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 섀도우 마스크 기능을 갖는 자외선 경화 수지 몰딩용 복합 몰드를 제조하는 과정을 도시한 공정 순서도,
도 3a 내지 3e는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 제조된 자외선 경화 수지 몰딩용 복합 몰드를 이용하여 기판 상에 수지 패턴을 형성하는 과정을 도시한 공정 순서도.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
202 : 몰드 지지체 204 : 섀도우 마스크층
206 : 접착 보강층 208 : 마스터
210 : 몰드 수지층 212 : 키 패턴층
300 : 복합 몰드 302 : 기판
304 : 수지 패턴
본 발명은 기판에 임의의 패턴을 형성하고자 할 때 사용하는데 적합한 섀도우 마스크 기능을 갖는 자외선 경화수지 몰딩용 복합몰드 및 그 제조 방법과 이를 이용한 패턴 형성 방법에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 디스플레이 패널을 제조하는데 사용되는 패턴 형성 방법은 포토 마스크를 이용한 노광 공정이 일반적인 방법인데, 이와 같이 포토리소그라피 공정을 이용하는 일반적인 패턴 형성 방법을 통해 형성된 패턴은 금속막 혹은 무기물층의 식각 공정에서의 식각 저항막으로 혹은 리프트 오프 공정에서의 섀도우 마스크로 사용된 후 제거되거나 디바이스 상에 잔존하여 하나의 구조물을 형성할 수 있다.
따라서, 포토리소그라피 공정을 이용하여 패턴을 형성하는 전형적인 종래 방법은 일반적인 2차원 패턴의 구현에는 그 응용이 용이하나 기판이 대면적화 되어감에 따라 그 투자비용 또한 막대하게 증가하게 되고 2차원 이외의 3차원 패턴의 구현이나 서로 다른 높이의 다층 구조물의 형성을 위해서는 복잡한 공정 과정을 거쳐야만 하는 문제가 있으며, 또한 기술적으로 그 실현이 용이하지 않다는 문제점을 안고 있다.
일반적으로, 렌즈 형태의 형상과 같은 비선형 3차원 곡면 형상을 기판 상에 구현하고자 할 경우 종래의 포토리소그라피 공정에서 얻을 수 있는 일반적인 2차원 선형 패턴에서 포토레지스트의 유리전이온도 보다 높은 온도 조건에서 포토레지스트의 흐름 특성을 활용하여 선형 패턴의 변형을 유도하여 3차원 곡면 형상을 얻어낼 수 있다. 또한, gray scale 리소그라피 기법을 이용하여 포토 공정시의 포토레지스트에 대한 광의 노출도를 조절함으로서 현상되는 레지스트의 변화를 주어 3차원 형상의 slope 패턴을 얻어낼 수도 있다.
그러나, 상기와 같이 고온에서 리플로우(reflow) 현상을 이용하는 방법이나 gray scale 리소그라피 기법을 이용하여 3차원 비선형 패턴을 구현하는 경우, 고해상도의 패턴 재현성이나 최적 공정 조건 잡기가 어렵고 대면적 패턴으로의 확장이 용이하지 않다는 문제점이 있다.
한편, 위 방법의 대안으로서 비전통적인 방식에 의한 리소그라피 기법을 활용하여 3차원 비선형 패턴을 구현 할 수도 있으며, 그 한 예로 나노 임프린트 리소그라피(nano-imprint lithography) 방법이 있는데, 이 방법에서는 먼저 원하는 패턴이 제조된 규소(Si) 등의 단단한(hard) 주형(몰드)을 준비하여 열가소성 고분자 박막이 코팅된 기판과 대향시킨 후 프레스 판 사이에 넣어 고온, 고압으로 처리한 후 주형과 기판을 분리하는 방식으로 기판의 고분자 박막에 주형의 패턴을 전사시킨다.
상기와 같은 나노 임프린트 리소그라피 방법의 장점은 Si 등의 단단한 주형을 사용하기 때문에 초 미세 패턴을 쉽게 구현할 수 있다는 것이며, 실제로 문헌에 보고된 바에 따르면 구현한 최소 패턴의 크기가 대략 7nm라고 제시되고 있다.
그러나, 종래의 나노 임프린트 리소그라피 방법은 고온, 고압 공정을 수행한 후에 주형과 기판을 분리하기가 쉽지 않다는 문제가 있고, 높은 공정 압력으로 인해 주형 및 기판의 파손 가능성이 상존하게 되는 문제가 있으며, 고온으로 가열된 고분자 물질의 유동성을 이용하여 패터닝하기 때문에 크기가 큰 패턴의 경우 완벽한 패터닝에 소요되는 시간이 매우 커지는 문제, 즉 공정 시간이 길어지는 문제가 있다.
다음에, 비전통적 방식에 의한 리소그라피 방법의 다른 예로는 미세 접촉 인쇄법(uCP: micro contact printing), 미세 모세관 몰딩(MIMIC: micro-molding in capillaries), 미세 전이 몰딩(uTM: micro-transfer molding), 연성 성형 몰딩(soft molding), 모세관 힘 리소그라피(CFL: capillary force lithography) 등의 방법들이 있는데, 미세 접촉 인쇄법과 미세 전이 몰딩의 경우 2차원의 패턴을 구현하는 데는 용이하나 3차원 패턴을 대면적으로 구현하기가 쉽지 않고, 미세 모세관 몰딩의 경우 기판상의 형성하고자 하는 패턴이 수력학적으로 네트워크 연결이 되어 있어야 하며 대면적 적용이 불가능하다는 문제가 있다.
또한, 연성 성형 몰딩과 모세관 힘 리소그라피 법은 용이하게 3차원 패턴을 구현할 수 있으나, 연성 성형의 경우 잔류 용매의 유동성을 이용한 공정 특성상 공정 시간상의 제약이 따르고 모세관 힘 리소그라피 법은 고온으로 가열된 고분자 물질의 유동성을 이용하여 패터닝하기 때문에 나노 임프린트법과 마찬가지로 패터닝에 소요되는 시간이 매우 커지는 문제, 즉 공정 시간이 길어지는 문제가 있다.
따라서, 비전통적 방식에 의한 리소그라피법 중 UV 성형수지를 이용한 몰딩 방식(UV imprint)이 공정 시간 단축, 대면적화의 용이성 및 다양한 패턴 형성에 대 한 강점으로 앞서 기술한 공정들의 대안으로 대두되고 있다.
그러나, UV imprint 공정의 경우 활성에너지선인 UV 광원이 수지에 조사가 되는 것이 기본적인 전제이므로, 기판이나 몰드를 통해 UV 광원을 공급하여야 하는데, 일반적으로 기판은 UV가 투과되지 않는 상태이므로 몰딩 공정에 사용되는 몰드가 UV를 투과하는 투명성을 지니고 있어야 하며, 또한 대면적의 적용을 위해서는 몰드의 재질이 단단한 hard mold 뿐 아니라 공정시 용이하게 휘어질 수 있는 유연한 몰드의 필요성도 요구된다.
부가하여, 비전통적 방식에 의한 리소그라피법들에서 공통적으로 대두되는 문제점은 패턴 형성시에 패턴과 패턴 사이에 남아 있는 잔막 제거가 용이하지 않다는 점이며, 이와 같이 제거해야 할 잔막이 패턴에 비해 면적이 넓은 경우에는 더욱더 기판 상에 잔막을 남기지 않고 패턴을 형성시키는 것이 어렵다는 문제가 있으며, 이러한 점 때문에 비전통적 리소그라피법을 사용하여 기판 상에 패턴을 형성한 후 잔막 제거를 위한 별도의 공정(예컨대, 전면 에칭 공정)을 추가로 진행하여야만 하는 문제점을 갖는다.
도 1a 내지 1f는 종래의 일반적인 방법에 따라 자외선 경화형 수지의 몰딩 방식을 이용하여 몰드 및 패턴을 제조하는 과정을 도시한 공정 순서도이다.
도 1a를 참조하면, 임의의 패턴이 형성된 마스터(102) 상에 자외선 경화형 몰드 수지(104a)를 코팅하고, 접착성을 갖는 평탄면을 갖는 몰드 지지체(106)를 준비한다. 여기에서, 자외선 경화형 몰드 수지(104a)는 어느 정도의 유동성을 갖는 물질이다.
다음에, 몰드 지지체(106)를 마스터(102)의 목표 위치에 정렬시킨 후, 일 예로서 도 1b에 도시된 바와 같이, 그 평탄면을 자외선 경화형 몰드 수지(104a)에 압착시킨다. 이때, 자외선 경화형 몰드 수지(104a)가 몰드 지지체(106)에 접착된다.
이어서, 몰드 지지체(107)의 일측면(즉, 자외선 경화형 몰드 수지(104a)에 대향하는 면)을 통해 자외선을 조사함으로써, 자외선 경화형 몰드 수지(104a)를 경화시키며, 이후 몰드 지지체(106)를 마스터(102)로부터 분리(탈거)함으로써, 일 예로서 도 1c에 도시된 바와 같이, 임의의 패턴을 갖는 경화된 몰드 수지층(104)이 몰드 지지체(106)에 접착된 갖는 몰드(108)를 완성한다. 즉, 임프린트 방식으로 기판 상에 패턴을 형성하고자 할 때 사용하기 위한 몰드(임의의 패턴이 형성된 몰드 수지층을 갖는 몰드)가 완성된다.
다시, 상기한 바와 같은 일련의 과정을 통해 제조한 몰드(108)를, 일 예로도 도 1d에 도시된 바와 같이, 자외선 경화형 패턴 성형 수지(112a)가 형성된 기판(110) 상의 목표 위치에 정렬시킨다. 여기에서, 자외선 경화형 패턴 성형 수지(112a)는 코팅 등의 기법을 통해 기판(110) 상에 형성할 수 있다.
이어서, 몰드(108)의 패턴 면을 기판(110) 상에 형성된 자외선 경화형 패턴 성형 수지(112a)에 가압 접촉시킨 후, 일 예로서 도 1e에 도시된 바와 같이, 몰드(108)의 일측면(즉, 자외선 경화형 패턴 성형 수지(112a)에 대향하는 면)을 통해 자외선을 조사하여 자외선 경화형 패턴 성형 몰드 수지(112a)를 경화시킨다.
마지막으로, 몰드(108)를 기판(110)으로부터 분리(탈거)함으로써, 일 예로서 도 1f에 도시된 바와 같이, 기판(110) 상에 목표로 하는 임의의 패턴을 갖는 성형 패턴(112)을 완성한다. 즉, 몰드를 이용하는 패턴 전이 기법을 통해 기판 상에 임의의 패턴을 형성한다.
그러나, 상술한 바와 같은 일련의 과정들을 통해 기판 상에 패턴을 형성하는 자외선 경화형 수지의 몰딩 방식을 이용하는 종래 방법은, 예컨대 물리적으로 이격되는 형태를 갖는 패턴을 기판 상에 형성하고자 할 때 패턴과 패턴 사이에 있는 잔막을 제거하기가 용이하지 않다는 문제가 있으며, 패턴과 패턴 사이의 잔막 제거를 위해서는 별도의 식각(에칭) 공정을 추가로 실시해야만 하는 문제가 있으며, 이러한 문제는 결국 제조 공정의 복잡화 및 생산성 저하를 초래하는 단점을 갖는다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 자외선 경화형 성형 수지에 대한 선택적인 경화 기법을 통해 물리적인 이격 형태의 패턴을 기판 상에 간단하게 형성할 수 있는 섀도우 마스크 기능을 갖는 자외선 경화 수지 몰딩용 복합 몰드 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 섀도우 마스크 기능을 갖는 자외선 경화 수지 몰딩용 복합 몰드를 이용하여 기판 상에 목표로 하는 수지 패턴을 형성할 수 있는 패턴 형성 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 관점에 따른 본 발명은, 기판 상에 패턴을 성형하기 위한 몰드의 구조로서, 몰드 지지체와, 상기 몰드 지지체 상의 상부에 임의의 패턴으로 선택 형성된 광 차단층과, 상기 광 차단층이 형성된 몰드 지지체 상의 전면에 형성된 접착 보강층과, 상기 접착 보강층 상에 임의의 패턴으로 형성된 자외선 혹은 열 경화형 몰드 수지층을 포함하는 섀도우 마스크 기능을 갖는 자외선 경화 수지 몰딩용 복합 몰드를 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위한 다른 관점에 따른 본 발명은, 기판 상에 패턴을 성형하기 위한 몰드를 제조하는 방법으로서, 몰드 지지체 상에 임의의 패턴을 갖는 광 차단층을 형성하는 과정과, 상기 광 차단층이 형성된 상기 몰드 지지체 상의 전면에 접착 보강층을 형성하는 과정과, 임의의 패턴이 형성된 마스터 상에 자외선 혹은 열 경화형 몰드 수지를 상기 임의의 패턴을 완전히 매립하는 형태로 형성하는 과정과, 상기 몰드 지지체의 접착 보강층 면을 상기 마스터 상의 목표 위치에 정렬시킨 후 가압 접착시키는 과정과, 상기 마스터 혹은 몰드 지지체를 통해 자외선 혹은 열을 조사하여 상기 자외선 혹은 열 경화형 몰드 수지를 경화시키는 과정과, 상기 몰드 지지체를 상기 마스터로부터 분리함으로써, 상기 접착 보강층 상에 임의의 패턴을 갖는 몰드 수지층이 형성되는 구조를 갖는 복합 몰드를 완성하는 과정을 포함하는 섀도우 마스크 기능을 갖는 자외선 경화 수지 몰딩용 복합 몰드 제조 방법을 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위한 또 다른 관점에 따른 본 발명은, 임의의 패턴이 형성된 몰드를 이용하여 기판 상에 목표로 하는 패턴을 형성하는 방법으로서, 자외선 광을 선택적으로 차단하는 광 차단층과 광 차단층 상에 임의의 패턴으로 된 몰드 수지층이 형성된 복합 몰드를 준비하는 과정과, 상기 기판 상에 자외선 경화형 수지를 형성하는 과정과, 상기 복합 몰드의 패턴 면을 상기 기판의 목표 위치에 정 렬시킨 후 가압 접촉시키는 과정과, 상기 복합 몰드를 통해 자외선을 조사하여 상기 자외선 경화형 수지를 선택적으로 경화시킴으로써, 상기 자외선 경화형 수지를 경화 수지 패턴과 미경화 수지 패턴으로 변형시키는 과정과, 상기 복합 몰드를 상기 기판으로부터 분리시키는 과정과, 상기 미경화 수지 패턴만을 선택 제거하여 물리적으로 서로 이격되는 패턴 구조를 갖는 수지 패턴을 상기 기판 상에 완성하는 과정을 포함하는 섀도우 마스크 기능을 갖는 자외선 경화 수지 몰딩용 복합 몰드를 이용한 패턴 형성 방법을 제공한다.
본 발명의 상기 및 기타 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 본 발명의 바람직한 실시 예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.
먼저, 본 발명의 핵심 기술사상은, 몰드 지지체 상에 자외선 차단층(광 블록킹층)으로 기능하는 섀도우 마스크층을 먼저 형성하고 임의의 패턴이 형성된 기판 상에 코팅된 자외선 혹은 열 경화형 몰드 수지를 몰드 지지체 상에 접착시키는 방법으로 자외선을 선택적으로 차단하는 광 블록킹층을 갖는 복합 몰드를 제공한다는 것으로, 이러한 기술적 통해 본 발명에서 목적으로 하는 바를 쉽게 달성할 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 바와 같은 일련의 과정을 통해 제조한 복합 몰드, 즉 자외선 차단층으로 기능하는 섀도우 마스크 층이 형성된 복합 몰드를 이용하는 선택적인 자외선 조사 및 경화 기법을 통해 기판 상에 목표로 하는 패턴, 예컨대 물리적으로 서로 이격된 형태를 갖는 수지 패턴을 쉽게 형성할 수 있다.
먼저, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 섀도우 마스크 기능을 갖는 자외선 경화수지 몰딩용 복합 몰드는, 일 예로서 후술하는 도 2e에 도시된 바와 같이, 몰드 지지체(202) 상에 자외선 차단층(광 차단층)으로 기능하는 섀도우 마스크층(204)이 선택적으로 형성된다. 이러한 섀도우 마스크층(204)은 스크린 인쇄 기법 혹은 마스크 이용의 증착 기법을 통해 형성할 수 있다.
여기에서, 섀도우 마스크층(204)은 유색 코팅층(예컨대, 검정색 등)이거나 불투명 금속일 수 있으며, 불투명 금속의 경우 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 은(Ag), 금(Au) 및 구리(Cu) 중 어느 하나를 사용할 수 있으며, 그 두께는 바람직하게 0.1 내지 2㎛ 정도이다. 이것은 0.1㎛ 이하에서는 자외선의 차단이 완전하지 않아 불필요한 영역의 패턴 성형용의 자외선 경화형 수지까지 경화시켜 버릴 위험이 있기 때문이고, 2㎛ 이상에서는 재료비가 불필요하게 상승하게 되고 또한 공정 소요 시간이 과다하게 길어질 뿐만 아니라 접착력의 제한으로 인해 섀도우 마스크층의 일부가 몰드 지지체로부터 떨어질 수도 있기 때문이다.
또한, 본 발명의 복합 몰드는 임의의 패턴으로 된 섀도우 마스크층(204)이 형성된 몰드 지지체(202) 상의 전면에 소정 두께의 접착 보강층(206)이 형성되는데, 이러한 접차 보강층(206)은, 코팅 기법 등을 통해 형성할 수 있는 것으로, 몰드 지지체(202) 및 섀도우 마스크층(204)과 몰드 수지층(210)간의 접착력을 증대시켜 주기 위해서이다. 여기에서, 접착 보강층(206)으로는, 예를 들면 인산, 카복실 산 또는 알코올 그룹을 포함하는 아크릴레이트 올리고머와 희석 용제로 된 자외선 경화형 수지를 이용하거나 혹은 인산, 카복실산 또는 알코올 그룹을 포함하는 반응성 모노머와 희석 용제로 된 자외선 경화형 수지를 이용할 수 있다.
다음에, 본 발명의 복합 몰드는 섀도우 마스크층(204)과 접착 보강층(206)을 완전히 매립하는 형태로 하여 임의의 패턴을 갖는 경화된 몰드 수지층(210)이 형성되는데, 이러한 몰드 수지층(210)으로는 광개시제와 서로 다른 우레탄 아크릴레이트 올리고머의 혼합물에 아크릴레이트 화합물을 첨가한 소재 등을 이용할 수 있다.
예컨대, 몰드 수지층(210)으로는 아래와 같은 조성비를 갖는 혼합물을 사용할 수 있다.
(a) 2 당량의 하이드록시에틸 아크릴레이트 및 1 당량의 1,6-디이소시아네이토 헥산의 우레탄 반응에 의한 우레탄 아크릴레이트 올리고머 20 중량%
(b) 3 당량의 하이드록시프로필 아크릴레이트 및 1 당량의 이소포론 디이소시아네이트의 이소시아누레이트(isocyanurate) 구조의 3관능 트리이소시아네이트의 우레탄 반응에 의한 우레탄 아크릴레이트 올리고머 25 중량%
(c) 3 당량의 하이드록시프로필 아크릴레이트 및 1 당량의 트리메틸헥사메틸렌 디이소시아네이트의 이소시아누레이트 구조의 3관능 트리이소시아네이트의 우레탄 반응에 의한 우레탄 아크릴레이트 올리고머 20 중량%
(d) 네오펜틸글리콜 디아크릴레이트 20 중량%
(e) 하이드록시프로필 아크릴레이트 10 중량%
(f) 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐-1-프로판온(광개시제) 5 중량%
더욱이, 본 발명의 복합 몰드는 경화된 몰드 수지층(210)의 일부에 키 패턴층(212)이 선택적으로 형성되는데, 이러한 키 패턴층(212)은 빛의 굴절을 유발하는 굴절 물질(굴절층) 혹은 빛의 반사를 일으키는 반사물질(반사층)을 전자빔 증착기 등을 이용하여 증착시키거나 혹은 고굴절율의 성질을 보이는 무기물 나노 입자 분산액을 코팅함으로써 형성할 수 있는 것으로, 기판 상에 패턴을 형성하고자 할 때 기판 상의 목표 위치에 복합 몰드를 고정밀하게 정렬(얼라인)시키기 위한 것이다.
이때, 키 패턴층(212)을 굴절 물질로 하는 경우, 타이타늄 옥사이드(TiO2), 지르코늄 옥사이드(ZrO2), 산화 아연(ZnO), 세륨 옥사이드(CeO2), 황화 아연(ZnS), 카드뮴 설파이드(CdS), 아연 셀레나이드(ZnSe), 란타넘세스퀵 옥사이드(La2O3), 인듐 틴 옥사이드(In2O3·SnO2) 및 다이아몬드 중 어느 하나를 이용할 수 있으며, 키 패턴층(212)을 반사 물질로 하는 경우, 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 백금(Pt) 및 로듐(Rh) 중 어느 하나를 이용할 수 있다.
여기에서, 키 패턴층(212)의 두께는 대략 100Å 내지 12,000Å 정도가 바람직한데, 그 이유는 100Å 이하에서는 키 패턴 상의 휘도가 낮아 선명한 상을 얻기가 곤란하기 때문이고, 12,000Å 이상에서는 재료비가 불필요하게 상승하게 되고 또한 공정 소요 시간이 불필요하게 길어질 뿐만 아니라 접착력의 제한으로 인해 외곽 부분의 키 패턴 물질이 박리될 수 있기 때문이다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시 예에서는 몰드 수지를 경화시키는 소스로서 자외선만을 기재하였으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 몰드 수 지를 경화시킬 수 있는 정도의 에너지를 가진 입자선 및 전자기파를 발생할 수 있는 것이라면 무엇이라도 무방하다. 예컨대, 자외선 뿐만 아니라 레이저, 마이크로웨이브, 전자선(electron beam), X-선, 적외선 등을 이용할 수 있음은 물론이다.
다음에, 상술한 바와 같은 구조를 갖는 본 발명의 복합 몰드를 제조하는 과정에 대하여 설명한다.
도 2a 내지 2e는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 섀도우 마스크 기능을 갖는 자외선 경화 수지 몰딩용 복합 몰드를 제조하는 과정을 도시한 공정 순서도이다.
도 2a를 참조하면, 스크린 인쇄법 혹은 마스크를 이용하는 증착 기법 등을 실시하여 몰드 지지체(202)의 상부에 임의의 패턴을 갖는 섀도우 마스크층(204)을 형성한다. 여기에서, 섀도우 마스크층(204)은 유색 코팅층(예컨대, 검정색 등)이거나 혹은 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 은(Ag), 금(Au) 또는 구리(Cu) 등과 같은 불투명 금속일 수 있으며, 그 두께는 0.1 내지 2㎛ 정도가 바람직하다.
다음에, 이 기술분야에 널리 알려진 박막 코팅 공정 등을 실시함으로써, 일 예로서 도 2b의 상단에 도시된 바와 같이, 섀도우 마스크층(204)이 형성된 몰드 지지체(202) 상의 전면에 소정 두께의 접착 보강층(206)을 형성한다. 여기에서, 접착 보강층(206)은 후속하는 공정을 통해 형성되어질 몰드 수지층과 섀도우 마스크층(204) 및 몰드 지지체(202)간의 접착력을 증진시켜 주기 위해서이며, 재질로서는, 예컨대 인산, 카복실산 또는 알코올 그룹을 포함하는 아크릴레이트 올리고머와 희석 용제로 된 자외선 경화형 수지 혹은 인산, 카복실산 또는 알코올 그룹을 포함하 는 반응성 모노머와 희석 용제로 된 자외선 경화형 수지를 이용할 수 있다.
이어서, 이 기술분야에 널리 알려진 코팅 기법 등을 실시하여 임의의 패턴이 형성된 마스터(208) 상에 자외선(혹은 열) 경화형 몰드 수지(210a)를 임의의 패턴을 완전히 매립할 수 있는 정도의 두께로 형성한 후, 일 예로서 도 2b에 도시된 바와 같이, 몰드 지지체(202)의 섀도우 마스크층(204)이 마스터(208) 측을 향하도록 하여 몰드 지지체(202)를 목표 위치로 정렬(얼라인)시킨다. 여기에서, 자외선(혹은 열) 경화형 몰드 수지(210a)는, 예를 들면 광개시제와 서로 다른 우레탄 아크릴레이트 올리고머의 혼합물에 아크릴레이트 화합물을 첨가한 소재 등을 사용할 수 있다.
다시, 몰드 지지체(202)의 패턴 면(섀도우 마스크층이 형성된 면)을 마스터(208) 상에 형성된 자외선(혹은 열) 경화형 몰드 수지(210a)에 가압 접착시킨 후, 일 예로서 도 2c에 도시된 바와 같이, 몰드 지지체(202)의 일측면(즉, 자외선 경화형 몰드 수지(210a)에 대향하는 면)을 통해 자외선 혹은 열을 조사하거나 혹은 마스터(208)를 통해 자외선 혹은 열을 조사하여 자외선(혹은 열) 경화형 몰드 수지(210a)를 경화시킨다.
그런 다음, 몰드 지지체(202)를 마스터(208)로부터 분리(탈거)함으로써, 일 예로서 도 2d에 도시된 바와 같이, 섀도우 마스크층(204)과 접착 보강층(206) 상에 임의의 패턴을 갖는 몰드 수지층(210)이 형성되는 구조를 완성한다.
마지막으로, 빛의 굴절을 유발하는 굴절 물질(굴절층) 혹은 빛의 반사를 일으키는 반사물질(반사층)을 전자빔 증착기 등을 이용하여 몰드 수지층(210) 상에 선택적으로 증착시키거나 혹은 고굴절율의 성질을 보이는 무기물 나노 입자 분산액을 몰드 수지층(210) 상에 선택적으로 코팅함으로써, 일 예로서 도 2e에 도시된 바와 같이, 몰드 수지층(210)의 상부 일부에 키 패턴층(212)이 형성되는 구조의 복합 몰드를 완성한다.
여기에서, 키 패턴층(212)은 복합 몰드를 이용하는 임프린트 기법으로 기판 상에 2차원 또는 3차원의 패턴을 형성하고자 할 때 기판 상의 목표 위치에 복합 몰드를 고정밀하게 정렬(얼라인)시키는데 이용하기 위한 것이다.
다음에, 상술한 바와 같은 일련의 과정을 통해 제조한 본 발명의 복합 몰드를 이용하여 기판 상의 목표 위치에 임의의 수지 패턴(예컨대, 물리적으로 서로 이격된 구조의 패턴)을 형성하는 과정에 대하여 설명한다.
도 3a 내지 3e는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 제조된 자외선 경화 수지 몰딩용 복합 몰드를 이용하여 기판 상에 수지 패턴을 형성하는 과정을 도시한 공정 순서도이다.
도 3a를 참조하면, 이 기술분야에 널리 알려진 코팅 기법 등을 통해 기판(302) 상에 자외선 경화형 수지(304a)를 형성한다.
다음에, 일 예로서 도 2a 내지 2e에 도시된 바와 같은 일련의 과정을 통해 제조한 섀도우 마스크 기능을 갖는 자외선 경화 수지 몰딩용 복합 몰드, 즉 몰드 지지체(202) 상에 임의의 패턴으로 된 섀도우 마스크층(204)과 접착 보강층(206)이 형성되고, 그 위에 임의의 패턴을 갖는 몰드 수지층(210)이 형성되며, 몰드 수지층(210)의 상부 일부에 위치 정렬(얼라인)용의 키 패턴층(212)이 선택적으로 형성되 는 구조를 갖는 복합 몰드(300)를 준비한 후, 일 예로서 도 3b에 도시된 바와 같이, 자외선 경화형 수지(304a)가 적층된 기판(302) 상의 목표 위치에 정렬시킨다. 이때, 복합 몰드(300)의 구조 및 그 제조 과정에 대해서는 이미 앞에서 상세하게 기재하고 있으므로, 여기에서의 상세한 설명은 생략한다. 여기에서, 키 패턴층(212)은 자외선 경화형 수지(304a)의 굴절률보다 적어도 0.3 이상 큰 굴절률을 갖는 물질로 하는 것이 바람직한 데, 이것은 굴절률을 상대적으로 크게 함으로써, 복합 몰드를 기판 상의 목표 위치에 고정밀하게 정렬(얼라인)시키기 위해서이다.
이어서, 복합 몰드(300)의 패턴 면(임의의 패턴으로 된 몰드 수지층(210)이 형성된 면)을 기판(302) 상의 자외선 경화형 수지(304a)에 가압 접촉시킨 후, 일 예로서 도 3c에 도시된 바와 같이, 복합 몰드(300)의 일측면(즉, 자외선 경화형 수지(304a)에 대향하는 면)을 통해 자외선을 조사함으로써, 자외선 경화형 수지(304a)를 경화시킨다.
이때, 복합 몰드(300)에 선택 형성된 섀도우 마스크층(204)이 자외선 광을 차단하는 차단층(블록킹층)으로 기능하기 때문에 기판(302) 상에 형성된 자외선 경화형 수지(304a) 모두가 경화되지는 않으며, 섀도우 마스크층(204)이 자외선의 조사를 차단하지 않는 영역에 있는 자외선 경화형 수지들만이 선택적으로 경화된다.
이어서, 복합 몰드(300)를 기판(302)으로부터 분리함으로써, 일 예로서 도 3d에 도시된 바와 같이, 기판(302) 상에 있던 자외선 경화형 수지(304a)가 임의의 패턴을 갖는 경화 수지 패턴(304a1)과 미경화 수지 패턴(304a2)으로 나누어지게 된다.
다음에, 케톤 혹은 알코올 등의 용제를 사용하는 습식 제거(세정) 공정을 실시하여 기판(302) 상에 있는 미경화 수지 패턴(304a2)만을 선택적으로 제거함으로써, 일 예로서 도 3e에 도시된 바와 같이, 기판(302) 상에 목표로 하는 수지 패턴(304)을 완성, 즉 물리적으로 서로 이격되는 패턴 구조(즉, 기판(302)의 상부 일부가 선택적으로 노출되는 패턴 구조)를 갖는 수지 패턴(304)을 완성한다. 물론, 습식 제거 공정을 실시한 후 기판을 건조시키는 공정 또한 실시하는 것은 당연하다.
예컨대, 경화 수지 패턴(304a1)과 미경화 수지 패턴(304a2)이 형성된 기판(302)을 케톤 혹은 알코올 등의 용제에 담근 후 흔들어주는 과정을 대략 15초 내지 60초 정도 실시하는 방법 등을 통해 기판(302) 상에 있는 미경화 수지 패턴(304a2)만을 선택적으로 제거할 수 있다. 여기에서, 습식 제거 공정의 최소 시간을 15초로 하는 것은 그 이하일 경우 미경화 수지 패턴이 충분하게 제거되지 않아 찌꺼기가 남을 수 있기 때문이며, 습식 제거 공정의 최대 시간을 60초로 하는 것은 그 이상으로 할 경우 공정 소요 시간이 불필요하게 증가하여 생산성을 저하시킬 수 있기 때문이다.
이상의 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 것을 쉽게 알 수 있을 것이다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 몰드 지지체 상에 자외선 차단층 으로 기능하는 섀도우 마스크층을 먼저 형성하고 임의의 패턴이 형성된 기판 상에 코팅된 자외선 혹은 열 경화형 몰드 수지를 몰드 지지체 상에 접착시키는 방법으로 자외선을 선택적으로 차단하는 광 블록킹층을 갖는 복합 몰드를 제공하며, 또한 이와 같이 제조된 복합 몰드를 이용하는 선택적인 자외선 조사 및 경화 기법을 통해 기판 상에 목표로 하는 패턴, 예컨대 물리적으로 서로 이격된 형태를 갖는 수지 패턴을 형성함으로써, 패턴 형성을 위한 제조 공정의 간소화 및 생산성 향상을 도모할 수 있다.
Claims (24)
- 기판 상에 패턴을 성형하기 위한 몰드의 구조로서,몰드 지지체와,상기 몰드 지지체 상의 상부에 임의의 패턴으로 선택 형성된 광 차단층과,상기 광 차단층이 형성된 몰드 지지체 상의 전면에 형성된 접착 보강층과,상기 접착 보강층 상에 임의의 패턴으로 형성된 자외선 혹은 열 경화형 몰드 수지층을 포함하는 섀도우 마스크 기능을 갖는 자외선 경화 수지 몰딩용 복합 몰드.
- 제 1 항에 있어서,상기 복합 몰드는, 상기 자외선 혹은 열 경화형 몰드 수지층의 일부에 선택 형성된 얼라인용 키 패턴층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크 기능을 갖는 자외선 경화 수지 몰딩용 복합 몰드.
- 제 2 항에 있어서,상기 키 패턴층은, 굴절층 또는 반사층인 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크 기능을 갖는 자외선 경화 수지 몰딩용 복합 몰드.
- 제 3 항에 있어서,상기 굴절층은, 타이타늄 옥사이드(TiO2), 지르코늄 옥사이드(ZrO2), 산화 아연(ZnO), 세륨 옥사이드(CeO2), 황화 아연(ZnS), 카드뮴 설파이드(CdS), 아연 셀레나이드(ZnSe), 란타넘세스퀵 옥사이드(La2O3), 인듐 틴 옥사이드(In2O3·SnO2) 및 다이아몬드 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크 기능을 갖는 자외선 경화 수지 몰딩용 복합 몰드.
- 제 3 항에 있어서,상기 반사층은, 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 백금(Pt) 및 로듐(Rh) 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크 기능을 갖는 자외선 경화 수지 몰딩용 복합 몰드.
- 제 2 항에 있어서,상기 키 패턴층은, 100Å 내지 12,000Å의 두께 범위인 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크 기능을 갖는 자외선 경화 수지 몰딩용 복합 몰드.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 광 차단층은, 유색 코팅층인 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크 기능을 갖는 자외선 경화 수지 몰딩용 복합 몰드.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 광 차단층은, 불투명 금속인 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크 기능을 갖는 자외선 경화 수지 몰딩용 복합 몰드.
- 제 8 항에 있어서,상기 불투명 금속은, 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 은(Ag), 금(Au) 및 구리(Cu) 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크 기능을 갖는 자외선 경화 수지 몰딩용 복합 몰드.
- 제 8 항에 있어서,상기 불투명 금속은, 0.1 내지 2㎛의 두께 범위인 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크 기능을 갖는 자외선 경화 수지 몰딩용 복합 몰드.
- 제 1 항에 있어서,상기 접착 보강층은, 인산, 카복실산 또는 알코올 그룹을 포함하는 아크릴레이트 올리고머와 희석 용제로 된 자외선 경화형 수지이거나 혹은 인산, 카복실산 또는 알코올 그룹을 포함하는 반응성 모노머와 희석 용제로 된 자외선 경화형 수지인 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크 기능을 갖는 자외선 경화 수지 몰딩용 복합 몰드.
- 제 1 항에 있어서,상기 자외선 혹은 열 경화형 몰드 수지층은, 광개시제와 서로 다른 우레탄 아크릴레이트 올리고머의 혼합물에 아크릴레이트 화합물을 첨가한 소재인 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크 기능을 갖는 자외선 경화 수지 몰딩용 복합 몰드.
- 기판 상에 패턴을 성형하기 위한 몰드를 제조하는 방법으로서,몰드 지지체 상에 임의의 패턴을 갖는 광 차단층을 형성하는 과정과,상기 광 차단층이 형성된 상기 몰드 지지체 상의 전면에 접착 보강층을 형성하는 과정과,임의의 패턴이 형성된 마스터 상에 자외선 혹은 열 경화형 몰드 수지를 상기 임의의 패턴을 완전히 매립하는 형태로 형성하는 과정과,상기 몰드 지지체의 접착 보강층 면을 상기 마스터 상의 목표 위치에 정렬시킨 후 가압 접착시키는 과정과,상기 마스터 혹은 몰드 지지체를 통해 자외선 혹은 열을 조사하여 상기 자외선 혹은 열 경화형 몰드 수지를 경화시키는 과정과,상기 몰드 지지체를 상기 마스터로부터 분리함으로써, 상기 접착 보강층 상에 임의의 패턴을 갖는 몰드 수지층이 형성되는 구조를 갖는 복합 몰드를 완성하는 과정을 포함하는 섀도우 마스크 기능을 갖는 자외선 경화 수지 몰딩용 복합 몰드 제조 방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 제조 방법은, 상기 몰드 수지층의 상부 일부에 키 패턴층을 형성하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크 기능을 갖는 자외선 경화 수지 몰딩용 복합 몰드 제조 방법.
- 제 14 항에 있어서,상기 키 패턴층은, 빛의 굴절을 유발하는 굴절 물질 혹은 빛의 반사를 일으키는 반사물질을 전자빔 증착기를 선택적인 증착 공정을 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크 기능을 갖는 자외선 경화 수지 몰딩용 복합 몰드 제조 방법.
- 제 14 항에 있어서,상기 키 패턴층은, 고굴절율의 성질을 보이는 무기물 나노 입자 분산액을 상기 몰드 수지층 상에 선택적으로 코팅하는 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크 기능을 갖는 자외선 경화 수지 몰딩용 복합 몰드 제조 방법.
- 제 14 항에 있어서,상기 키 패턴층은, 100Å 내지 12,000Å의 두께 범위인 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크 기능을 갖는 자외선 경화 수지 몰딩용 복합 몰드 제조 방법.
- 제 13 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 광 차단층은, 스크린 인쇄법 또는 증착 기법을 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크 기능을 갖는 자외선 경화 수지 몰딩용 복합 몰드 제조 방법.
- 임의의 패턴이 형성된 몰드를 이용하여 기판 상에 목표로 하는 패턴을 형성하는 방법으로서,자외선 광을 선택적으로 차단하는 광 차단층과 광 차단층 상에 임의의 패턴으로 된 몰드 수지층이 형성된 복합 몰드를 준비하는 과정과,상기 기판 상에 자외선 경화형 수지를 형성하는 과정과,상기 복합 몰드의 패턴 면을 상기 기판의 목표 위치에 정렬시킨 후 가압 접촉시키는 과정과,상기 복합 몰드를 통해 자외선을 조사하여 상기 자외선 경화형 수지를 선택적으로 경화시킴으로써, 상기 자외선 경화형 수지를 경화 수지 패턴과 미경화 수지 패턴으로 변형시키는 과정과,상기 복합 몰드를 상기 기판으로부터 분리시키는 과정과,상기 미경화 수지 패턴만을 선택 제거하여 물리적으로 서로 이격되는 패턴 구조를 갖는 수지 패턴을 상기 기판 상에 완성하는 과정을 포함하는 섀도우 마스크 기능을 갖는 자외선 경화 수지 몰딩용 복합 몰드를 이용한 패턴 형성 방법.
- 제 19 항에 있어서,상기 복합 몰드는, 상기 몰드 수지층의 일부에 선택 형성된 얼라인용 키 패턴층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크 기능을 갖는 자외선 경화 수지 몰딩용 복합 몰드를 이용한 패턴 형성 방법.
- 제 20 항에 있어서,상기 키 패턴층은, 상기 자외선 경화형 수지의 굴절률에 비해 상대적으로 큰 굴절률을 갖는 물질인 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크 기능을 갖는 자외선 경화 수지 몰딩용 복합 몰드를 이용한 패턴 형성 방법.
- 제 19 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 미경화 수지 패턴은, 습식 제거 공정을 통해 제거되는 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크 기능을 갖는 자외선 경화 수지 몰딩용 복합 몰드를 이용한 패턴 형성 방법.
- 제 22 항에 있어서,상기 습식 제거 공정은, 케톤 또는 알코올 용제를 이용하는 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크 기능을 갖는 자외선 경화 수지 몰딩용 복합 몰드를 이용한 패턴 형성 방법.
- 제 22 항에 있어서,상기 습식 제거 공정은, 15초 내지 60초 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크 기능을 갖는 자외선 경화 수지 몰딩용 복합 몰드를 이용한 패턴 형성 방법.
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- 2006-02-13 KR KR1020060013843A patent/KR100731737B1/ko active IP Right Grant
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