KR100901195B1 - Method for fabricating micro pattern on a plastic substrate - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라스틱 기판 상의 미세 패턴 형성방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 금속 미세 패턴의 상부가 노출되며, 편평한 기판 표면을 갖도록 a) 플라스틱 기판 상에 포토리소그래피 공정으로 박막 형태의 돌출된 금속 미세 패턴을 형성하는 단계, 및 b) 상기 플라스틱 기판을 가열 및 가압하여 돌출된 금속 미세 패턴을 플라스틱 기판 내로 매립하는 단계를 포함하는 플라스틱 기판 상의 미세 패턴 형성방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for forming a fine pattern on a plastic substrate, and more particularly, to expose the upper portion of the metal fine pattern, and to have a flat substrate surface a) on the plastic substrate by a photolithography process in a thin film form protruding metal fine pattern Forming a micro pattern on the plastic substrate, and forming a projected metal micro pattern into the plastic substrate by heating and pressing the plastic substrate.

상기 방법에 의해 금속 미세 패턴이 플라스틱 기판 표면에 그 어떤 요철을 형성하지 않음에 따라, 상기 금속 미세 패턴이 유체와 접촉하는 경우 와류가 형성되지 않는다. 이러한 구조의 플라스틱 기판은 각종 전기전도도 검출기, 전류법 검출기, 바이오 센서, 온도 감지 센서, 마이크로 방열기, 반응장치 등 플라스틱 칩 위에서 구현할 수 있는 랩온어칩(lab-on-a-chip)과 플렉서블 디스플레이(flexible display) 등의 플라스틱 기판 상에 금속배선이 구현되는 모든 장치에 적용된다.As the metal fine pattern does not form any irregularities on the surface of the plastic substrate by the above method, no vortex is formed when the metal fine pattern is in contact with the fluid. The plastic substrate having such a structure includes a lab-on-a-chip and a flexible display that can be implemented on a plastic chip such as various conductivity detectors, ammeter detectors, biosensors, temperature sensors, micro radiators, and reactors. Applicable to all devices in which metallization is implemented on a plastic substrate such as a flexible display.

미세 패턴, 플라스틱 기판, 와류, 랩온어칩 Fine pattern, plastic substrate, vortex, lab-on-a-chip

Description

플라스틱 기판 상의 미세 패턴 형성방법{METHOD FOR FABRICATING MICRO PATTERN ON A PLASTIC SUBSTRATE}METHOD FOR FABRICATING MICRO PATTERN ON A PLASTIC SUBSTRATE}

본 발명은 플라스틱 기판 상의 미세 패턴 형성방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플라스틱 기판 상에 금속 박막이 매립되어 기판 표면에 그 어떤 요철을 형성하지 않는 플라스틱 기판 상에 금속패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of forming a fine pattern on a plastic substrate, and more particularly, to a method of forming a metal pattern on a plastic substrate in which a metal thin film is embedded on the plastic substrate so as not to form any irregularities on the surface of the substrate. .

'랩온어칩(lab-on-a-chip)'은 수 cm2 크기의 기판 위에 금속 미세 패턴들을 집적시켜 하나의 통합된 시스템을 구축하여 그 안에서 시료의 전처리, 반응, 합성, 검출 등을 통합적으로 처리할 수 있게 한 것이다.Lab-on-a-chip integrates metal micropatterns on several cm 2 substrates to form a single integrated system that integrates sample pretreatment, reaction, synthesis, and detection. It can be processed as.

이러한 랩온어칩은 제약 산업의 신약 탐색 분야에서 이용될 뿐만 아니라 의료 진단 장비, 가정이나 병상에서의 건강 검진 기기, 화학이나 생물 공정 모니터링, 휴대 가능한 환경 오염 물질 분석 기기, 화생방용 무인 화학/생물 작용제 탐지 장치 등의 다양한 분야에 응용될 수 있는 핵심 기반 기술이다. These lab-on-a-chips are not only used in drug discovery in the pharmaceutical industry, but also in medical diagnostic equipment, at home or in hospitals, in health screening devices, in chemical and biological process monitoring, in portable environmental pollutant analysis devices, and in unmanned chemical / biological agents for biological protection. It is a core base technology that can be applied to various fields such as detection devices.

상기 랩온어칩은 기판 상에 다양한 금속 미세 패턴이 적층되어 기판 상부로 돌출된 구조를 갖는다. 상기 랩온어칩은 극소형 소자 속에서 약품과 같은 유체들 이 흐르고 섞이면서 다양한 반응이 일어나고 소멸하는 것이라 할 수 있다. 이때 기판 상부로 돌출된 금속 미세 패턴에 의해 상기 유체들이 돌출된 부분에서 와류가 형성되어 측정치에 오류가 발생할 수 있다. The wrap-on-a-chip has a structure in which a variety of metal micro patterns are stacked on the substrate to protrude above the substrate. The lab-on-a-chip can be said that various reactions occur and disappear as fluids, such as chemicals, flow and mix in a micro device. In this case, a vortex may be formed at a portion where the fluids protrude due to the metal micro pattern protruding onto the substrate, thereby causing an error in the measured value.

이에 돌출된 금속 미세 패턴 만큼 별도의 절연막을 기판 상에 형성하여 표면을 편평하게 하고 있으나, 그 공정이 복잡할 뿐만 아니라 비용이 증가하는 문제가 있다. Although a separate insulating film is formed on the substrate as much as the protruding metal micropattern, the surface is flattened, but the process is complicated and the cost increases.

한편, 랩온어칩에 사용되는 기판은 유리 기판이 사용되고 있으나, 최근에는 여러 가지 장점으로 인해 플라스틱 기판을 사용하고 있다.Meanwhile, a glass substrate is used as the substrate used for the lab-on-a-chip, but recently, a plastic substrate is used due to various advantages.

플라스틱 기판은 유리 기판에 비해 가공이 용이하고, 저 중량을 가지며(유리의 1/2), 연속 공정에 적합하며, 가격이 저렴하다는 이유 등으로 인해서 랩온어칩 뿐만 아니라 플렉서블 디스플레이, 반도체 분야 등 다양한 분야에 적용 및 검토되고 있다.Plastic substrates are easier to process than glass substrates, have a lower weight (1/2 of glass), are suitable for continuous processing, and are inexpensive due to their low cost. Applied and reviewed in the field.

플렉서블 디스플레이(flexible display)는 플라스틱 기판 상에 유기 EL나 유기 발광 다이오드의 층을 형성하여 화상을 구현하는 차세대 디스플레이 중 하나이다. 상기 플렉서블 디스플레이는 기판으로 변형 또는 굽힘이 가능한 플라스틱 기판을 사용하고 있으며, 이러한 플라스틱 기판은 유리 기판과는 다른 물성을 가지고 있어 기존 프로세스를 통한 제작이 어렵다.Flexible displays are one of the next generation displays that form an image by forming a layer of an organic EL or an organic light emitting diode on a plastic substrate. The flexible display uses a plastic substrate that can be deformed or bent into a substrate. Such a plastic substrate has a different physical property from that of a glass substrate, making it difficult to manufacture through an existing process.

일반적으로 플라스틱 기판은 스크린 프린팅(screen printing)나 도금(electroplating)등의 방법으로 그 표면에 금속 미세 패턴을 제작하여 왔다. In general, the plastic substrate has been produced a metal fine pattern on the surface by screen printing (electroplating) method.

그러나 이러한 방법들은 패턴의 두께를 조절하기 어렵고 패턴의 선폭을 밀리 미터(mm) 이하로 줄이기가 용이하지 않다. 또한 이러한 방식으로 제작된 플라스틱 표면은 다른 플라스틱과 접합이 안 되어 플라스틱 내부에 미세 패턴을 제작하기 어렵다는 단점이 있다.However, these methods are difficult to control the thickness of the pattern and it is not easy to reduce the line width of the pattern below millimeters (mm). In addition, the plastic surface produced in this way has a disadvantage that it is difficult to produce a fine pattern inside the plastic because it is not bonded to other plastics.

또한 금속 미세 패턴의 형성은 고분자 재질 특유의 유리전이온도(Tg)를 고려하여 적층을 수행하여야 하기 때문에 전체적인 공정을 저온 공정으로 가져가야 한다. In addition, the formation of the metal micropattern should be carried out in consideration of the glass transition temperature (Tg) peculiar to the polymer material, so the overall process should be brought to a low temperature process.

특히 고분자 재질의 경우 낮은 유리전이온도로 인해 기존의 반도체나 MEMS 장비를 이용하여 가공하는 데에는 아직 무리가 있으며, 가공시 휨이나 비틀림 등의 현상이 나타난다. In particular, polymer materials are still difficult to process using conventional semiconductor or MEMS equipment due to the low glass transition temperature, and phenomena such as warping and torsion appear during processing.

본 발명의 목적은 금속 미세 패턴이 외부로 돌출되지 않으며 편평한 기판 표면을 갖는 플라스틱 기판 상의 미세 패턴 형성방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a method for forming a fine pattern on a plastic substrate having a flat substrate surface without protruding metallic fine patterns.

본 발명은 금속 미세 패턴의 상부가 노출되며, 편평한 기판 표면을 갖도록The present invention is to expose the top of the metal fine pattern, to have a flat substrate surface

a) 플라스틱 기판 상에 포토리소그래피 공정으로 박막 형태의 돌출된 금속 미세 패턴을 형성하는 단계, 및a) forming a protruding metal fine pattern in the form of a thin film on a plastic substrate by a photolithography process, and

b) 상기 플라스틱 기판을 가열 및 가압하여 돌출된 금속 미세 패턴을 플라스틱 기판 내로 매립하는 단계를 포함하는 플라스틱 기판 상의 미세 패턴 형성방법을 제공한다.and b) embedding the protruding metal micropattern into the plastic substrate by heating and pressing the plastic substrate.

본 발명에 의해 플라스틱 기판 상에 금속 미세 패턴이 매립되어 기판 표면에 그 어떤 요철을 형성하지 않음에 따라, 상기 금속 미세 패턴이 유체와 접촉하는 경우 와류가 형성되지 않는다.As the metal micropattern is embedded on the plastic substrate by the present invention and no irregularities are formed on the surface of the substrate, no vortex is formed when the metal micropattern is in contact with the fluid.

본 발명에서는 플라스틱 기판을 사용하고, 상기 플라스틱 기판 상에 금속 패턴을 형성하는 경우 기판 표면을 편평하기 하기 위해 변형된 임프린팅 방법을 이용하여 상기 돌출된 금속 미세 패턴을 플라스틱 기판 내부로 매립시킨다.In the present invention, a plastic substrate is used, and when the metal pattern is formed on the plastic substrate, the protruding metal fine pattern is embedded into the plastic substrate by using a modified imprinting method to flatten the surface of the substrate.

이하 본 발명을 도면을 이용하여 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

도 1 내지 도 10은 본 발명에 따른 금속 미세 패턴이 매립된 플라스틱 기판의 제조를 보여주는 모식도이다.1 to 10 is a schematic diagram showing the production of a plastic substrate embedded with a metal fine pattern according to the present invention.

도 1을 참조하면, 금속 미세 패턴을 형성하기 위한 플라스틱 기판(1)을 준비하고, 상기 플라스틱 기판(1) 상에 금속 박막(3)을 형성한다.Referring to FIG. 1, a plastic substrate 1 for forming a metal fine pattern is prepared, and a metal thin film 3 is formed on the plastic substrate 1.

상기 플라스틱 기판(1)은 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리에틸렌에테르 프탈레이트(polyethylene ether phthalate), 폴리에틸렌 프탈레이트(polyethylene phthalate), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate), 폴리부틸렌 프탈레이트(polybuthylene phthalate), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리에테르이미드(polyether imide), 폴리에테르술폰(polyether sulfone), 폴리디메틸실록산(polydimethyl siloxane; PDMS), 폴리이미드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 재질을 포함하며, 바람직하기로는 폴리디메틸실록산(polydimethyl siloxane; PDMS)을 사용한다.The plastic substrate 1 is made of polyacrylate, polyethylene ether phthalate, polyethylene phthalate, polyethylene naphthalate, polybutylene phthalate, polycarbonate ( 1 material selected from the group consisting of polycarbonate, polystyrene, polyether imide, polyether sulfone, polydimethyl siloxane (PDMS), polyimide, and combinations thereof And preferably polydimethyl siloxane (PDMS).

상기 금속은 통상적으로 사용되는 모든 금속 재질이 가능하며, Au, Ag, Pt, Ni, Cu, Co, Pd, Al, Ti, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종이 가능하며, 바람직하기로 금을 사용한다.The metal may be any metal material commonly used, and may be one selected from the group consisting of Au, Ag, Pt, Ni, Cu, Co, Pd, Al, Ti, and combinations thereof, and preferably, gold Use

이때 증착은 본 발명에서 한정하지 않으며, 통상적인 증착 방법을 이용하여 수행한다. 대표적으로 스퍼터링, 이온빔 증착법, 화학적 증착법, 및 플라즈마 증착법으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 방법으로 수행하며, 1 내지 5 nm, 바람직하기로 1 내지 3 nm의 두께로 형성되나 두께에 큰 제한을 받지 않는다.At this time, the deposition is not limited in the present invention, it is carried out using a conventional deposition method. Typically performed by one method selected from the group consisting of sputtering, ion beam deposition, chemical vapor deposition, and plasma deposition, it is formed to a thickness of 1 to 5 nm, preferably 1 to 3 nm, but is not particularly limited in thickness. .

추가로 플라스틱 기판(1)과 금속 박막(3) 간의 접착력을 높이기 위해 상기 플라스틱 기판(1) 표면을 플라즈마 처리 또는 오존 처리를 수행한다.Further, in order to increase the adhesion between the plastic substrate 1 and the metal thin film 3, the surface of the plastic substrate 1 is subjected to plasma treatment or ozone treatment.

다음으로, 상기 플라스틱 기판(1) 상에 포토리소그래피 공정으로 박막 형태의 금속 패턴(9)을 형성한다.Next, a metal pattern 9 in the form of a thin film is formed on the plastic substrate 1 by a photolithography process.

상기 포토리소그래피 공정은 본 발명에서 한정하지 않으며, 통상적으로 공지된 방법이 가능하다.The photolithography process is not limited in the present invention, and commonly known methods are possible.

도 2를 참조하면, 금속 박막(3) 상에 포토레지스트(5)를 일정 두께가 되도록 균일하게 도포한다.Referring to FIG. 2, the photoresist 5 is uniformly coated on the metal thin film 3 so as to have a predetermined thickness.

상기 포토레지스트(photoresist, PR, 5)는 특정 파장대의 빛을 받으면 화학 반응이 일어나는 감광성 고분자(photosensitive polymer)의 일종으로, 크게 노광된 영역이 현상액과 반응하여 용해되는 포지티브 포토레지스트(positive PR)와, 노광된 영역이 현상액과 반응하지 않는 네거티브 포토레지스트(negative PR)로 분류된다.The photoresist (PR) 5 is a kind of photosensitive polymer in which a chemical reaction occurs when light is received in a specific wavelength band, and a positive photoresist (positive PR) in which a large exposed area reacts with a developer and is dissolved. The exposed area is classified as a negative photoresist (negative PR) that does not react with the developer.

상기 포토레지스트는 미세 패턴을 형성하고자 하는 금속의 종류나 가공 조건에 따라서 선택하고, 유기용매에 의해 점도 등을 조절한다. 대표적으로, 상기 포토레지스트로는 폴리비닐페놀계 중합체, 폴리하이드록시스티렌계 중합체, 폴리노르보넨계 중합체, 폴리아다만계 중합체, 폴리이미드계 중합체, 폴리아크릴레이트계 중합체, 폴리메타크릴레이트계 중합체, 폴리플루오린계 중합체 또는 불소로 치환된 중합체 등이 사용될 수 있다.The photoresist is selected according to the type of metal to be formed with a fine pattern or processing conditions, and the viscosity is controlled by an organic solvent. Typically, the photoresist includes a polyvinylphenol polymer, a polyhydroxystyrene polymer, a polynorbornene polymer, a polyadamant polymer, a polyimide polymer, a polyacrylate polymer, a polymethacrylate polymer, Polyfluorinated polymers or polymers substituted with fluorine may be used.

이때 포토레지스트(5)의 도포는 통상적인 습식 코팅법이 가능하며, 대표적으 로 딥 코팅, 닥터 블레이드법, 스핀 코팅(spin coating), 스프레이 코팅, 슬릿 코팅(slit coating), 캐스팅법, 또는 라미네이션법 등이 있다. At this time, the application of the photoresist 5 may be a conventional wet coating method, and typically, dip coating, doctor blade method, spin coating, spray coating, slit coating, casting method, or lamination. Law, etc.

추가로 금속 박막(3) 상에 포토레지스트(5)가 도포된 후 소프트 베이크(soft bake) 공정을 수행하여 상기 포토레지스트(5) 내 유기 용매를 제거하여 후속의 노광 공정시 마스크와 포토레지스트(5)간의 점착 현상을 방지한다. 상기 소프트 베이크 공정은 유기 용매가 제거될 수 있는 온도인 70 ℃ 내지 200 ℃에서 수행되는 것이 바람직하며, 이러한 공정을 통해 포토레지스트(5)와 금속 박막(3) 간의 접착력을 높인다.In addition, after the photoresist 5 is applied on the metal thin film 3, a soft bake process is performed to remove the organic solvent in the photoresist 5, so that the mask and the photoresist may be used in a subsequent exposure process. 5) Prevent liver sticking. The soft bake process is preferably performed at a temperature of 70 ℃ to 200 ℃, which is a temperature at which the organic solvent can be removed, through this process to increase the adhesion between the photoresist (5) and the metal thin film (3).

도 3을 참조하면, 금속 박막(3) 표면에 도포된 포토레지스트(5) 상에 소정 패턴이 형성된 마스크(7)를 배치하고, 빛을 조사하는 노광 공정을 수행한다.Referring to FIG. 3, a mask 7 having a predetermined pattern is disposed on the photoresist 5 coated on the metal thin film 3, and an exposure process of irradiating light is performed.

이때 노광 공정시 포지티브형 포토레지스트는 노광된 영역의 고분자 결합 사슬이 끊어져 후속의 현상 공정시 사용되는 현상액에 의해 제거된다. 또한 네가티브형 포토레지스트는 노광된 부분의 고분자 결합이 더욱 강해져 후속의 현상 공정시 현상액에 의해 상대적으로 약한 노광되지 않은 영역의 포토레지스트가 제거된다.At this time, during the exposure process, the positive photoresist is removed by the developer used in the subsequent development process because the polymer bond chain of the exposed region is broken. In addition, the negative photoresist has a stronger polymer bond in the exposed portion, thereby removing the photoresist in a relatively weak, unexposed area by the developer during the subsequent development process.

상기 마스크(7)는 소정의 패턴이 형성된 얇은 막 형태의 것을 사용한다. 이렇게 패턴이 형성된 마스크(7)를 통해 빛을 조사하는 경우 상기 패턴 위에 조사된 빛은 반사되고, 패턴이 없는 부분에 조사된 빛만 투과되어 포토레지스트(5)를 감광시킴으로서 마스크 상의 패턴이 포토레지스트(5)에 전사된다. 상기 마스크(7)로는 Cr 마스크, 에멀젼(emulsion) 마스크, 필름(Film) 마스크 등이 사용될 수 있으며, 가공하고자 하는 최소 선폭과 수명에 따라 적당한 것을 선택하여 사용하도록 한다.The mask 7 uses a thin film form in which a predetermined pattern is formed. When the light is irradiated through the mask 7 in which the pattern is formed, the light irradiated on the pattern is reflected, and only the light irradiated to the portion without the pattern is transmitted to the photoresist 5 so as to photosensitive the photoresist 5. 5) is transferred to. As the mask 7, a Cr mask, an emulsion mask, a film mask, or the like may be used. The mask 7 may be appropriately selected according to the minimum line width and lifetime to be processed.

이러한 노광 공정은 KrF(248 nm), ArF(193 nm), VUV(157 nm), EUV(13 nm), E-빔, X-선 또는 이온빔을 노광원으로 사용하여, 0.1 내지 50 mJ/cm2의 노광에너지로 수행되는 것이 바람직하다.This exposure process is performed using KrF (248 nm), ArF (193 nm), VUV (157 nm), EUV (13 nm), E-beam, X-ray or ion beam as the exposure source, 0.1 to 50 mJ / cm It is preferably carried out with an exposure energy of two .

이렇게 노광 공정을 거친 포토레지스트(5) 내 감광된 영역은 상대적으로 결합이 강해지고 마스크(7)에 의해 감광되지 않은 영역은 상대적으로 결합이 약해진다.The photosensitive region in the photoresist 5 subjected to the exposure process is thus strongly bonded, and the region not exposed by the mask 7 is relatively weak.

도 4를 참조하면, 상기 포토레지스트(5)를 현상하여 상대적으로 결합이 약해져 있는 부분의 포토레지스트(5)를 현상액으로 녹여내어 금속 박막(3) 상에 포토레지스트 패턴(11)을 얻는다.Referring to FIG. 4, the photoresist 5 is developed to dissolve a portion of the photoresist 5 having a relatively weak bond with a developer to obtain a photoresist pattern 11 on the metal thin film 3.

이때 사용하는 현상액은 통상적으로 사용되는 알칼리 현상액을 이용하여 수행될 수 있으며, 알칼리 현상액은 0.01 내지 5 중량%의 테트라메틸암모늄히드록사이드(TMAH) 수용액인 것이 바람직하다.At this time, the developer used may be carried out using an alkaline developer that is commonly used, it is preferable that the alkaline developer is an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (TMAH) of 0.01 to 5% by weight.

추가로, 상기 현상 공정이 완료된 후 하드 베이크(Hard bake) 공정을 수행한다.In addition, a hard bake process may be performed after the developing process is completed.

즉, 현상 후 포토레지스트 패턴(11)은 아직 식각에 사용할 만한 경도를 가지지 못하므로, 최종적으로 경화를 위해 70 내지 200 ℃에서 하드 베이크 공정을 수행하여 경화시킨다. 이러한 하드 베이크 공정을 통해 후속의 전기화학적인 방법을 이용한 식각시에 금속 박막(3)의 식각을 보다 용이하게 한다. 즉, 포토레지스트 패턴(11)의 경도가 너무 낮게 되면 전기화학적인 방법을 이용한 식각시 포토레지스트 소모량이 높아 원하는 깊이로 식각하는 것이 힘들어 질 수 있다.That is, since the photoresist pattern 11 after development does not yet have a hardness enough to be used for etching, it is finally cured by performing a hard bake process at 70 to 200 ° C. for curing. This hard bake process makes it easier to etch the metal thin film 3 during etching using a subsequent electrochemical method. That is, when the hardness of the photoresist pattern 11 is too low, it may be difficult to etch to a desired depth when the photoresist consumption is high when etching using the electrochemical method.

도 5를 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(11)을 이용하여 금속 박막(3)을 식각하여 미세 패턴을 형성한다. Referring to FIG. 5, the metal thin film 3 is etched using the photoresist pattern 11 to form a fine pattern.

이때 식각은 건식 또는 습식 식각 공정이 가능하며, 본 발명에서 특별히 한정하지 않는다.At this time, the etching may be a dry or wet etching process, it is not particularly limited in the present invention.

상기 건식 식각은 금속 박막(3)에 대해 선택성이 있는 가스를 흘려주면서 진공 하에서 플라즈마 상태를 이용하여 포토레지스트 패턴(11)을 마스크로 하여 금속 박막(3)을 식각한다. 또한 습식 식각은 금속 박막(3)에 대해 선택성이 있는 에천트(echant)를 선택하고, 디핑 또는 스프레이 등 다양한 방법을 이용하여 포토레지스트 패턴(11)을 마스크로 하여 금속 박막(3)을 식각한다.In the dry etching, the metal thin film 3 is etched using the photoresist pattern 11 as a mask using a plasma state under vacuum while flowing a gas having a selectivity with respect to the metal thin film 3. In addition, the wet etching selects an etchant having a selectivity with respect to the metal thin film 3, and etches the metal thin film 3 using the photoresist pattern 11 as a mask using various methods such as dipping or spraying. .

이러한 건식 식각법 및 습식 식각법은 금속 박막(3)의 재질에 따라 달라지며, 구체적인 공정 또한 본 발명에서 특별히 언급하지 않겠으며, 공지된 바를 따른다.The dry etching method and the wet etching method depend on the material of the metal thin film 3, and the specific process will not be specifically mentioned in the present invention, and is well known.

도 6을 참조하면, 금속 미세 패턴(9) 상에 잔류하는 포토레지스트 패턴(11)을 제거한다.Referring to FIG. 6, the photoresist pattern 11 remaining on the metal fine pattern 9 is removed.

상기 포토레지스트 패턴(11)의 제거는 스트립액이 저장된 욕조에 침지 또는 분사하여 이루어진다.Removal of the photoresist pattern 11 is performed by dipping or spraying in the bath in which the strip liquid is stored.

상기 스트립액은 포토레지스트를 용해할 수 있는 유기 용매 또는 전용 제거제가 가능하며, 이 분야에서 통상적으로 사용되는 물질이 가능하다. 대표적으로, 이소프로필알콜; 아세톤; 모노에탄올 아민(MEA), 2-(2-아미노에톡시)-1-에탄올(AEE)의 유기아민 화합물; 디메틸포름아미드(DMF), 디메틸아세트아미드(DMAc), N-메틸피롤리디논(NMP), 디메틸설폭사이드(DMSO), 카비톨 아세테이트, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트(PGMEA)의 극성용매; N-메틸아세트아미드, 디메틸포름아미드(DMF), 디메틸아세트아미드(DMAc), N-메틸-N-에틸프로피온아미드, 디에틸아세트아미드(DEAc), 디프로필아세트아미드(DPAc), N,N-디메틸프로피온아미드, N,N-디메틸부틸아미드의 아미드 용매로 이루어진 군에서 선택된 단독 또는 2종 이상의 혼합 용매가 사용되며, 직접 제조하거나 시판되는 것을 구입하여 사용한다.The strip liquid may be an organic solvent or a dedicated remover capable of dissolving the photoresist, and may be a material commonly used in the art. Typically, isopropyl alcohol; Acetone; Organic amine compounds of monoethanol amine (MEA), 2- (2-aminoethoxy) -1-ethanol (AEE); Polar solvents of dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMAc), N-methylpyrrolidinone (NMP), dimethyl sulfoxide (DMSO), carbitol acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA); N-methylacetamide, dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMAc), N-methyl-N-ethylpropionamide, diethylacetamide (DEAc), dipropylacetamide (DPAc), N, N- Single or two or more types of mixed solvents selected from the group consisting of dimethyl propionamide and amide solvents of N, N-dimethylbutylamide are used, and those purchased directly or commercially available are used.

도 7을 참조하면, 임프린팅 공정을 수행하기 위해 금속 미세 패턴(9)을 포함하여 플라스틱 기판(1) 전면에 걸쳐 점착 방지층(13)을 배치한다.Referring to FIG. 7, the anti-sticking layer 13 is disposed on the entire surface of the plastic substrate 1 including the metal fine pattern 9 to perform an imprinting process.

상기 점착 방지층(13)은 후속공정인 임프린팅 공정시 플라스틱 기판(1)과 몰드(50)가 서로 들러붙지 않도록 하기 위해 사용하며, 플라스틱 기판(1) 상에 형성하거나 또는 프레스의 몰드(50) 상에 형성한다.The anti-stick layer 13 is used to prevent the plastic substrate 1 and the mold 50 from sticking together during the imprinting process, which is a subsequent process, and is formed on the plastic substrate 1 or the mold 50 of the press. Form on the phase.

상기 점착 방지층(13)은 표면 에너지 또는 마찰계수가 작은 점착 방지 물질을 선택하여 증착한다. 상기 점착 방지 물질은 불소(Fluorine) 계열이나 카본(Carbon) 계열의 재료가 알려져 있으며, 표면 에너지를 20 mN/m 이하로 낮추어 플라스틱 기판(1)과 몰드(50)가 서로 들러붙지 않도록 한다.The anti-stick layer 13 is deposited by selecting an anti-stick material having a small surface energy or friction coefficient. Fluorine-based or carbon-based materials are known as the anti-sticking material, and the surface energy is lowered to 20 mN / m or less so that the plastic substrate 1 and the mold 50 do not stick together.

상용화된 점착 방지 물질로는 Teflon AF®(Dupont), Cytop®(Asahi Glass), Aauaphobe CF®(Gelest)와 KP-801 M®(Shin-etsu Chemical) 등이 있으며, 이러한 물 질들은 보통 불소를 포함하는 유기용매에 잘 녹아서 스핀 또는 스프레이 코팅방식으로 쉽게 점착 방지층(13)을 형성할 수 있다. Commercially available anti-stick materials include Teflon AF ® (Dupont), Cytop ® (Asahi Glass), Aauaphobe CF ® (Gelest), and KP-801 M ® (Shin-etsu Chemical). Melting well in the containing organic solvent can be easily formed an anti-stick layer 13 by spin or spray coating method.

또한 점착 방지층(13)은 플라즈마가 인가된 화학적 기상 증착방식을 이용하여 점착 방지 물질을 포함한 전구체 가스를 투입하여 표면에 증착시키는 플라즈마 폴리머리제이션 방식으로도 형성이 가능하다.In addition, the anti-stick layer 13 may be formed by a plasma polymerization method in which a precursor gas including an anti-stick material is deposited and deposited on a surface by using a chemical vapor deposition method in which plasma is applied.

또한 nm 수준으로 점착 방치층(13)을 형성하는 경우에는 기상 혹은 액상 자기조립박막법이 사용될 수 있다. 상기 자기조립박막 법은 특정한 전구체를 이용하여 표면의 라디칼을 치환함으로써 1 nm 박막을 형성시키는 방식으로, 이러한 nm 수준의 두께로 인해 임프린팅 시 패턴 사이즈에 영향을 최소화한다.In addition, in the case of forming the adhesion leaving layer 13 at the nm level, a gas phase or a liquid self-assembled thin film method may be used. The self-assembled thin film method uses a specific precursor to form a 1 nm thin film by substituting radicals on the surface, thereby minimizing the influence on the pattern size during imprinting due to the thickness of this nm level.

도 8을 참조하면, 플라스틱 기판(1)을 가열함과 동시에 점착 방지층(13) 상부로 몰드(50)를 위치시킨 후 플라스틱 기판(1)을 눌러 상기 금속 미세 패턴(9)이 플라스틱 기판(1) 내로 매립되도록 한다.Referring to FIG. 8, at the same time as the plastic substrate 1 is heated, the mold 50 is positioned above the anti-sticking layer 13, and then the metal fine pattern 9 is pressed by pressing the plastic substrate 1 to form the plastic substrate 1. ) To landfill.

상기 몰드(50)는 통상적인 프레스기에 사용되는 것으로 편평한 표면을 갖거나, 미세 선폭을 구현하기 위해 금속 미세 패턴(9)과 동일한 패턴을 가진 것을 사용하는 것이 바람직하다.The mold 50 is used in a conventional press machine, it is preferable to have a flat surface, or to use the same pattern as the metal fine pattern 9 to realize fine line width.

상기 가열은 플라스틱 기판(1) 재질의 Tg 부근, 바람직하기로 Tg±10 ℃가 되도록 한다. 플라스틱 기판(1)을 구성하는 고분자는 Tg 이하에서 물질은 고체 또는 유리 상태를 가지고, Tg 이상에서는 고무상 또는 액상 형태로 존재한다. The heating is made to be near Tg of the plastic substrate 1 material, preferably Tg ± 10 ° C. The polymer constituting the plastic substrate 1 has a solid or glass state at or below Tg, and is present in a rubbery or liquid form at or above Tg.

즉, Tg 부근으로 가열된 플라스틱 기판(1)의 상부에 몰드(50)를 이용하여 가압하는 경우, 상기 유동성이 커진 플라스틱 기판(1)은 몰드(50)에 의해 인가되는 압력에 의해 변형이 일어난다. 일단 가압이 이루어지면 플라스틱 기판(1) 상부에 위치한 금속 미세 패턴(9)이 유동성이 커진 플라스틱 기판(1)의 내부로 먼저 매립된다. 이때 압력을 조절하여 금속 미세 패턴(9) 전부가 플라스틱 기판(1) 내부로 완전히 매립되지 않도록 주의한다.That is, when pressurized by using the mold 50 on the upper portion of the plastic substrate 1 heated near the Tg, the plastic substrate 1 having increased fluidity is deformed by the pressure applied by the mold 50. . Once pressurization is performed, the metal fine pattern 9 located on the upper portion of the plastic substrate 1 is first embedded into the plastic substrate 1 having increased fluidity. At this time, the pressure is adjusted so that all of the metal fine patterns 9 may be completely embedded in the plastic substrate 1.

이어 상기 금속 미세 패턴(9)이 매립되면 온도를 낮춰 플라스틱 기판(1)을 경화시킨다.Subsequently, when the metal fine pattern 9 is embedded, the temperature is lowered to cure the plastic substrate 1.

이러한 임프린팅 공정은 몰드(50)와 플라스틱 기판(1) 접촉시 공기 갇힘 현상(air trap)이 발생하여 플라스틱 기판(1) 또는 금속 미세 패턴(11)에 불량이 발생할 우려가 있으므로, 진공 하에 수행하는 것이 바람직하다.This imprinting process is performed under vacuum since an air trap occurs when the mold 50 and the plastic substrate 1 contact with each other, thereby causing a defect in the plastic substrate 1 or the metal fine pattern 11. It is desirable to.

상기 임프린팅 공정 후 플라스틱 기판(1)으로부터 몰드(50)를 분리시킨다. After the imprinting process, the mold 50 is separated from the plastic substrate 1.

도 9를 참조하면, 상기 임프린팅 공정에 의해 금속 미세 패턴(9)이 플라스틱 기판(1) 내로 매립된 구조를 갖는다.Referring to FIG. 9, the metal fine pattern 9 is embedded in the plastic substrate 1 by the imprinting process.

도 10을 참조하면, 상기 금속 미세 패턴(9) 상에 형성된 점착 방지층(13)을 제거하여 플라스틱 기판(1) 내에 금속 미세 패턴(9)이 편평하게 매립되며, 상기 금속 미세 패턴(9)의 일측면이 외부로 노출된 구조를 갖는다.Referring to FIG. 10, the metal micropattern 9 is flatly embedded in the plastic substrate 1 by removing the anti-stick layer 13 formed on the metal micropattern 9. One side has a structure exposed to the outside.

이와 같이 본 발명에 의해 플라스틱 기판 상에 금속 박막이 매립된다.As described above, the metal thin film is embedded on the plastic substrate.

이때 필요에 따라 평탄화 공정을 더욱 수행한다.At this time, the planarization process is further performed as necessary.

상기 평탄화 공정은 공지된 바의 방법이 사용될 수 있으며, 바람직하기로 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Planarization: CMP) 공정이 사용된다. As the planarization process, a known method may be used, and a chemical mechanical planarization (CMP) process is preferably used.

본 발명에 의해 플라스틱 기판에 금속 미세 패턴을 형성하는 경우 금속 미세 패턴이 기판 표면으로 그 어떤 요철을 형성하지 않음에 따라, 상기 금속 박막이 유체와 접촉하는 경우 와류가 형성되지 않는다.In the case of forming the metal micropattern on the plastic substrate according to the present invention, since the metal micropattern does not form any irregularities on the surface of the substrate, no vortex is formed when the metal thin film is in contact with the fluid.

전술한 바의 방법으로 제조된 금속 미세 패턴이 매립된 플라스틱 기판은 각종 반도체공정, 액정표시장치공정, 광소자, 바이오 분야, 도광판 제조, 컬러필터 기판 제조, 반사판 제조 등에 사용될 수 있다. 구체적으로, 상기 기판은 전기전도도 검출기, 전류법 검출기, 바이오 센서, 온도 감지 센서, 마이크로 방열기, 반응장치 등을 플라스틱 칩 위에서 구현할 수 있는 랩온어칩이나 플렉서블 디스플레이 등에 적용된다.The plastic substrate embedded with the metal fine pattern manufactured by the method described above may be used in various semiconductor processes, liquid crystal display device processes, optical devices, biofields, light guide plates, color filter substrates, and reflector plates. Specifically, the substrate is applied to a lab-on-a-chip or a flexible display that can implement an electrical conductivity detector, an amperometric detector, a bio sensor, a temperature sensor, a micro radiator, a reactor, and the like on a plastic chip.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 기재한다. 그러나 하기한 실시에는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. However, the following embodiments are only preferred embodiments of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiments.

(실시예 1)(Example 1)

PMMA 기판 상에 스퍼터링 고정으로 Au 박막을 형성하였다. 상기 Au 박막 상에 AZ 1518 포지티브 포토레지스트를 이용하여 1000 rpm의 속도로 30 초간 스핀 코팅한 다음, 100 ℃에서 2 분간 소프트 베이크 공정을 수행하였다.Au thin films were formed by sputtering fixation on the PMMA substrate. The Au thin film was spin-coated for 30 seconds at a speed of 1000 rpm using an AZ 1518 positive photoresist and then soft baked at 100 ° C. for 2 minutes.

다음으로, 상기 포토레지스트에 바이오칩용 Cr 마스크를 위치시키고, 여기에 365 내지 450 nm의 파장을 갖는 UV를 12 초간 조사하여 노광한 후 전용 현상액 MIF300에 1분간 침지시킨 후, 꺼내어 초순수로 세척하고 수분을 제거하였다. 다음으로 140 ℃에서 10분 동안 하드 베이크를 수행하여 포토레지스트를 완전히 경화시 켰다.Next, a biochip Cr mask is placed on the photoresist, irradiated with UV having a wavelength of 365 to 450 nm for 12 seconds, exposed to light, and then immersed in a dedicated developer MIF300 for 1 minute, taken out, washed with ultrapure water, and then moistened. Was removed. Next, a hard bake was performed at 140 ° C. for 10 minutes to completely cure the photoresist.

다음으로, 습식 식각 공정을 수행하여 Au 미세 패턴을 형성한 후, 아세톤으로 세척하여 포토레지스트 패턴을 제거하였다,Next, after performing a wet etching process to form an Au fine pattern, and washed with acetone to remove the photoresist pattern,

다음으로, 상기 PMMA 기판을 진공이 유지되며 몰드가 구비된 임프린팅 장치에 위치시킨 다음, 상기 PMMA 기판 상에 점착 방지막(SiO2가 분산된 폴리아크릴레이트 수지)을 배치하였다. 이어서 PMMA 기판을 140 ℃로 가열한 후 몰드로 30 분동안 가압한 후, PMMA 기판에 매립된 형태의 Au 미세 패턴을 형성하였다. Next, the PMMA substrate was placed in an imprinting apparatus in which a vacuum was maintained and a mold, and then an anti-stick film (polyacrylate resin in which SiO 2 was dispersed) was disposed on the PMMA substrate. Subsequently, the PMMA substrate was heated to 140 ° C., pressurized with a mold for 30 minutes, and then formed Au fine patterns embedded in the PMMA substrate.

(실험예 1)Experimental Example 1

상기 실시예 1에서 제조된 기판의 패턴을 확인하기 위해 주사전자현미경을 이용하여 표면 상태를 확인하였다.In order to confirm the pattern of the substrate prepared in Example 1, the surface state was confirmed by using a scanning electron microscope.

도 11은 실시예 1에서 제조된 기판 표면의 패턴을 보여주는 주사전자현미경 사진이다. 도 11에서 보는 바와 같이, PMMA 기판에 대해 Au 미세 패턴이 깨끗하게 매립되어 있으며, 상기 PMMA 기판과 동일한 높이로 Au 미세 패턴이 평평하게 형성됨을 알 수 있다.FIG. 11 is a scanning electron micrograph showing the pattern of the substrate surface prepared in Example 1. FIG. As shown in FIG. 11, it can be seen that the Au fine patterns are cleanly embedded in the PMMA substrate, and the Au fine patterns are formed flat at the same height as the PMMA substrate.

본 발명에 따라 제조된 금속 미세 패턴이 형성된 플라스틱 기판은 전기전도도 검출기, 전류법 검출기, 바이오 센서, 온도 감지 센서, 마이크로 방열기, 반응장치 등을 플라스틱 칩 위에서 구현할 수 있는 랩온어칩(lab-on-a-chip)과 플렉서블 디스플레이 등 플라스틱 기판 상에 금속배선이 구현되는 모든 응용장치에 적용 된다. Plastic substrate formed with a metal fine pattern according to the present invention is a lab-on-chip that can implement an electrical conductivity detector, ammeter detector, biosensor, temperature sensor, micro radiator, reactor, etc. on a plastic chip Applicable to all applications where metallization is implemented on plastic substrates such as a-chip and flexible displays.

도 1 내지 도 10은 본 발명에 따른 금속 미세 패턴이 매립된 플라스틱 기판의 제조를 보여주는 모식도이다.1 to 10 is a schematic diagram showing the production of a plastic substrate embedded with a metal fine pattern according to the present invention.

도 11은 실시예 1에서 제조된 기판 표면의 패턴을 보여주는 주사전자현미경 사진이다. FIG. 11 is a scanning electron micrograph showing the pattern of the substrate surface prepared in Example 1. FIG.

Claims (7)

금속 미세 패턴의 상부가 노출되며, 편평한 기판 표면을 갖도록The top of the metal fine pattern is exposed and has a flat substrate surface. a) 플라스틱 기판 상에 포토리소그래피 공정과 리프트 오프 방식으로 박막 형태의 돌출된 금속 미세 패턴을 형성하는 단계, 및a) forming a protruding metal fine pattern in the form of a thin film on a plastic substrate by a photolithography process and a lift-off method, and b) 상기 플라스틱 기판을 가열 및 가압하여 돌출된 금속 미세 패턴을 임프린팅 공정을 이용하여 플라스틱 기판 내로 매립시키는 단계를 포함하고,b) heating and pressurizing the plastic substrate to embed the protruding metal micropatterns into the plastic substrate using an imprinting process; 상기 가열은 플라스틱 기판 재질의 고분자의 Tg±10 ℃가 되도록 수행하는 것인 플라스틱 기판 상의 미세 패턴 형성방법.The heating is to form a fine pattern on a plastic substrate to be performed so that the Tg ± 10 ℃ of the polymer of the plastic substrate material. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 플라스틱 기판은 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리에틸렌에테르 프탈레이트(polyethylene ether phthalate), 폴리에틸렌 프탈레이트(polyethylene phthalate), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate), 폴리부틸렌 프탈레이트(polybuthylene phthalate), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리에테르이미드(polyether imide), 폴리에테르술폰(polyether sulfone), 폴리디메틸실록산(polydimethyl siloxane; PDMS), 폴리이미드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 재질을 포함하는 것인 플라스틱 기판 상의 미세 패턴 형성방법.The plastic substrate may be polyacrylate, polyethylene ether phthalate, polyethylene phthalate, polyethylene naphthalate, polybuthylene phthalate, polycarbonate, Including one material selected from the group consisting of polystyrene, polyether imide, polyether sulfone, polydimethyl siloxane (PDMS), polyimide, and combinations thereof A fine pattern forming method on a plastic substrate. 삭제delete 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 가압은 편평한 표면 또는 금속 미세 패턴과 동등한 패턴이 형성된 몰드를 이용하여 인가하는 것인 플라스틱 기판 상의 미세 패턴 형성방법.The pressing is applied to a fine pattern on a plastic substrate that is applied using a mold having a flat surface or a pattern equivalent to the metal fine pattern. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 단계 b) 이전에 플라스틱 기판 상에 점착 방지층을 위치시키는 것인 플라스틱 기판 상의 미세 패턴 형성방법.The method of forming a fine pattern on a plastic substrate to position the anti-stick layer on the plastic substrate before step b). 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 점착 방지층은 Teflon AF®, Cytop®, Aauaphobe CF®, KP-801 M®, 및 이들의 혼합물로 이루어진 불소(Fluorine) 계열 화합물, 카본(Carbon) 계열 화합물 또는 이들의 혼합물 중에서 선택된 1종을 포함하는 것인 플라스틱 기판 상의 미세 패턴 형성방법.The anti-sticking layer includes one selected from a fluorine compound, a carbon compound, or a mixture thereof consisting of Teflon AF ® , Cytop ® , Aauaphobe CF ® , KP-801 M ® , and mixtures thereof. Fine pattern forming method on a plastic substrate. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 추가로 단계 b) 이후 화학적 기계적 연마 공정(CMP)에 의한 평탄화 공정을 수행하는 것인 플라스틱 기판 상의 미세 패턴 형성방법.And further performing a planarization process by chemical mechanical polishing process (CMP) after step b).
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