KR101001248B1

KR101001248B1 - 표면특성을 이용한 금속패턴 형성방법 및 이에 따라 형성된금속패턴

Info

Publication number: KR101001248B1
Application number: KR1020070080132A
Authority: KR
Inventors: 신부건; 김재진; 이종택; 신현우
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2007-08-09
Filing date: 2007-08-09
Publication date: 2010-12-17
Also published as: KR20090015634A

Abstract

본 발명은 기재에 친수성/소수성 표면개질층을 형성하고 이를 선택적으로 제거하여 기재의 표면특성에 의하여 금속 미세패턴을 형성하는 방법 및 이에 따라 형성된 금속패턴에 관한 것으로, 친수성 기재에 소수성 표면개질층을 형성하는 단계; 레이저를 이용하여 원하는 패턴형상으로 소수성 표면개질층을 제거하는 단계; 원하는 패턴형상으로 소수성 표면개질층이 제거된 기재면에 끓는점이 최소 10℃ 차이나는 2가지 이상의 분산매의 혼합 분산매에 분산된 친수성 금속염 혹은 금속나노입자 분산액을 코팅하는 단계; 및 친수성 금속염 혹은 금속나노입자 분산액의 분산매를 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 금속 미세패턴 형성방법 및 상기 방법으로 형성된 금속패턴이 제공된다. 본 발명의 금속 미세 패턴형성 방법은 공정이 단순하고 경제적이며, 친환경적이다. 또한, 미세한 금속패턴이 우수한 형상성, 정밀도 및 생산성으로 제조된다.

표면개질층, 친수성/소수성, 금속패턴, 표면특성, 젖음성

Description

표면특성을 이용한 금속패턴 형성방법 및 이에 따라 형성된 금속패턴{A Method for Forming Metal Pattern by Using Surface Characteristics and Metal Patten Formed Thereby}

본 발명은 표면특성을 이용한 금속패턴 형성방법 및 이에 따라 형성된 금속패턴에 관한 것이며, 보다 상세하게는 기재에 친수성/소수성 표면개질층을 형성하고 이를 선택적으로 제거하여 기재의 표면특성에 의하여 금속패턴을 형성하는 방법 및 이에 따라 형성된 금속패턴에 관한 것이다.

일반적으로 도전성 금속패턴은 기판상에 금속막을 형성한 후 선택적으로 금속막을 제거하여 형성한다. 상기 금속막을 형성하기 위해서는 형성하려는 금속막의 두께에 따라 진공 증착법 또는 도금법이 주로 이용되며, 선택적으로 금속막을 제거하기 위해서는 감광성 레지스트를 금속박막위에 형성한 후 선택적으로 노광하고 현상하는 과정을 통하여 제거가 필요한 금속막 부분을 노출시킨 후, 에칭액을 이용하여 녹여내는 포토리소그라피 패터닝 방법이 일반적으로 사용된다. 혹은 먼저 감광성 레지스트를 이용하여 기판(기재)위에 레지스트 패턴을 형성하고 금속막을 형성 한 후 현상을 통하여 레지스트 상부에 있는 금속을 제거하거나 기판이 드러난 부분에만 금속이 도금되도록 하는 방법도 많이 이용된다.

특히, 포토리소그라피 공정의 경우, 형성되는 미세 패턴의 특성이 매우 우수하고 공정이 안정한 장점이 있으나, 레지스트 필름의 코팅, 노광, 현상 및 에칭과 같은 많은 공정이 필요하며 현상액과 에칭액 및 레지스트 제거액등 많은 종류의 용액들을 사용하므로 공정비용이 고가일 뿐만 아니라 환경오염을 발생시키는 단점이 있다.

현재 이러한 공정을 이용하여 디스플레이 소자에 사용되는 다양한 종류의 패턴이 제작되고 있으며 PDP TV에 사용되는 전자기파 차폐 필터의 경우에도 도금법과 포토리소그라피 방법이 사용된다. PDP TV의 전자기파 차폐필터는 도 1에 도시한 바와 같이 유리판에 도금법을 이용하여 형성된 10㎛ 두께의 구리박막을 부착한 후, 포토리소그라피 방법을 통하여 간격 290 ㎛에 폭이 10㎛ 인 격자모양의 구리박막으로 형성된다. 보다 구체적으로는 도금법으로 임시 기판상에 10㎛ 두께의 구리박막을 만들고 임시기판에서 떼어낸 후, 이 구리박막을 유리기판에 부착한다. 구리박막을 부착한 후 부착된 구리박막 위에 포토레지스트를 코팅하고 디스플레이 소자의 크기와 동일한 크기를 가지는 포토마스크를 이용하여 포토레지스트를 감광한 후 현상액을 이용하여 녹여내고 남은 포토레지스트를 제거하여 원하는 형태의 구리망을 얻는다. 종래의 패턴형성방법은 이와 같이 복합한 공정이 필요하며, 또한, 도금액, 감광제, 현상액, 에칭액등 많은 종류의 용액이 사용된다.

이와 같은 포토리소그라피 공정의 문제점들을 개선하고자 공정비용 및 공정시간 그리고 환경오염문제등을 개선한 새로운 기술들이 널리 연구되고 있다. 이러한 금속패턴 형성 방법들로는 금속입자 분산액의 액적을 미세노즐을 통해 토출해내는 잉크젯 프린팅을 이용하거나 금속입자가 혼합된 페이스트를 인쇄하는 스크린 프린팅 방법 또는 오프셋 인쇄법, 미리 형성된 전사층을 레이저를 이용하여 기판에 전사하는 레이저 전사법등이 연구 및 보고되어 있다. 또한, 기재의 표면특성을 이용한 종래 패턴형성 방법으로 일본공개특허2004-111818, 일본공개특허 2003-215816, 한국등록특허 508108 및 미국등록특허 6919158이 알려져 있다.

일본공개특허2004-111818는 기재의 표면에, 패턴을 형성하기 위한 재료가 우선적으로 퇴적되는 표면 특성을 가지는 제1의 영역과, 상기 제1의 영역에 비하여 패턴을 형성하기 위한 재료가 퇴적되기 어려운 표면 특성을 가지는 제2의 영역을 형성하는 공정, 기재에 대하여 패턴을 형성하기 위한 재료를 공급하고, 제1의 영역에 그 재료를 선택적으로 퇴적하여 패턴을 형성하는 방법으로 표면 특성에 따라 적용되는 물질이 표면에 차별적으로 퇴적되는 특성에 의해 패턴이 형성된다.

일본공개특허 2003-215816는 지지체상에 광열 변환물질과 바인더를 함유하는 감광층을 가지며, 그 감광층 표면에 친수성기를 가지는 고분자 화합물이 직접 화학 적으로 결합되어지는 패턴 형성재료에 복사선을 조사하여 소수성 패턴을 형성한 다음에 소수성 패턴의 친수성 영역에 도전성 소재층을 형성하는 방법으로 감광층형성시 별도의 광열 변환물질이 첨가되어야 하는등 제조공정이 복잡하며 형성된 친수성 영역에 패턴이 형성된다.

한국등록특허 508108는 원자전이 라디칼중합(atom transfer radical polymerization, ATRP)용 중합 개시제를 고체 기질상에 자기조립시킨 후 광식각법으로 일정한 패턴의 분자막을 형성한 다음 중합하여 중합체 패턴을 형성하고, 패턴화된 중합개시제 박막상에 ATRP용 단량체, 리간드 및 촉매를 포함하는 중합반응물을 도입하여 중합하는 중합체 패턴 형성방법에 관한 것으로 자기조립막을 이용하고 패턴형성 가능한 물질은 자기조립막에 부착이 가능한 중합체이므로 그 사용 범위가 제한적이며 패턴을 대형화하기 어렵다.

미국등록특허 6919158은 기판표면에 친수성/소수성 영역으로 되는 패턴을 형성한 후에, 친수성 영역에 금속 이온 또는 금속염을 부여하고 그 금속 이온 또는 그 금속 염중의 금속 이온을 환원시켜서 금속박막을 형성하는 도전성 패턴 재료 및 패턴형성방법이 개시되어 있다.

이에 본 발명의 목적은 종래의 금속 미세패턴 형성공정에 비하여, 환경친화적이고, 공정이 단순하고, 경제적인 금속 미세패턴 형성방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 패턴의 형상, 정밀도 및 생산성이 우수한 금속 미세패턴 형성방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 패턴의 형상, 정밀도 및 생산성이 우수한 금속 패턴을 제공하는 것이다.

본 발명의 제 1견지에 의하면,

친수성 기재에 소수성 표면개질층을 형성하는 단계;

레이저를 이용하여 원하는 패턴형상으로 소수성 표면개질층을 제거하는 단계;

원하는 패턴형상으로 소수성 표면개질층이 제거된 기재면에 끓는점이 최소 10℃ 차이나는 2가지 이상의 분산매의 혼합 분산매에 분산된 친수성 금속염 혹은 금속나노입자 분산액을 코팅하는 단계; 및

친수성 금속염 혹은 금속나노입자 분산액의 분산매를 제거하는 단계;

를 포함하여 이루어지는 금속 미세패턴 형성방법이 제공된다.

본 발명의 제 2견지에 의하면,

소수성 기재에 친수성 표면개질층을 형성하는 단계;

레이저를 이용하여 원하는 패턴형상으로 친수성 표면개질층을 제거하는 단계;

원하는 패턴형상으로 친수성 표면개질층이 제거된 기재면에 끓는점이 최소 10℃ 차이나는 2가지 이상의 분산매의 혼합 분산매에 분산된 소수성 금속염 혹은 금속나노입자 분산액을 코팅하는 단계; 및

소수성 금속염 혹은 금속나노입자 분산액의 분산매를 제거하는 단계;

본 발명의 제 3견지에 의하면,

상기 본 발명의 금속 미세패턴 형성방법으로 형성된 금속패턴이 제공된다.

본 발명의 금속 미세 패턴형성 방법은 종래의 공정에 비하여 현상액, 에칭액등의 물질이 사용되지 않으므로 공정이 단순하고 생산성이 우수하며 경제적이고 친환경적이다. 또한, 미세한 금속패턴이 우수한 형상성 및 정밀도로 형성된다.

본 발명은 친수성(혹은 소수성) 기재에 소수성(소수성 기재(기판)인 경우에는 친수성) 표면개질층을 형성하고 레이저로 원하는 패턴형상으로 표면개질층을 선택적으로 제거한 후, 표면개질층이 선택적으로 제거된 기재면에 친수성(소수성 기재인 경우에는 소수성) 금속염 혹은 금속 나노입자의 분산액을 코팅하여 미세패턴을 형성함을 특징으로 한다. 즉, 본 발명에서는 기재와 기재상에 형성된 표면개질층의 표면특성(예를들어, 젖음성등) 및 금속염 혹은 금속나노입자 분산액의 분산매 증발에 의한 표면과의 젖음 특성 변화에 의해 금속 미세패턴이 형성된다.

본 발명의 일 구현에 의하면 친수성 기재가 사용되는 경우에는 기재에 소수성 표면개질층을 형성하고, 원하는 패턴의 형태로 소수성 표면개질층을 선택적으로 제거한 후, 원하는 형태로 소수성 표면개질층이 제거된 기재면에 친수성 금속염 혹은 금속나노입자 분산액을 코팅하고 분산매를 제거하여 금속패턴을 형성하는 방법이 제공된다.

본 발명의 다른 구현에 의하면 소수성 기재가 사용되는 경우에는 기재에 친수성 표면개질층을 형성하고, 원하는 금속패턴의 형태로 친수성 금속패턴을 선택적으로 제거한 후, 원하는 패턴형태로 친수성 표면개질층이 제거된 기재면에 소수성 금속염 혹은 금속나노입자 분산액을 코팅하고 분산매를 제거하여 금속패턴을 형성하는 방법이 제공된다.

도 2에 본 발명에 의한 금속 미세패턴을 형성하는 방법을 도시하였으며, 이하 도 2를 참조하여 본 발명에 대하여 설명한다. 도 2a는 본 발명에 의한 방법에 따라 기재(21)에 표면개질층(22)을 형성하고 레이저(23)를 이용하여 표면개질층(22)을 제거하는 단계를 나타내는 도면이다. 이하, 편의상, 친수성 기재(기판)를 이용한 경우의 금속패턴 방법에 대하여 설명하지만, 후술하는 금속패턴 형성방법은 소수성 기재를 이용한 경우에 동일한 방식으로 적용될 수 있다.

본 발명에서 친수성 기재(21)로는 유리, 실리콘 웨이퍼, 금속기판, 아크릴 고분자, 폴리카보네이트 고분자, 사이클로 올레핀 고분자(COP), 에폭시 고분자 및 에스테르 고분자 필름으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 일종의 기재(기판)이 사용될 수 있다. 상기 기판의 친수성이 충분하지 않는 경우에는 기판이 친수성을 나타내도록 자외선-산소 처리, 플라즈마 처리, 코로나 처리, 염기처리등으로 기판표면을 친수성화하여 사용할 수 있다.

또한, PDP, TV용 전자기파 차폐필터등 디스플레이 소자에 사용하기 위해서는 광투과도가 우수한 투명한 기판이 사용되는 것이 바람직하다. 투명한 기판으로는 유리기판 또는 투명 고분자 필름이 사용될 수 있다.

예를들어, 유리기판의 경우, 유리기판은 표면개질층에 비하여 상대적으로 소 수성인 표면개질층 보다 친수성이 강하지만, 염기처리 등의 친수성 처리를 이용하여 표면을 더욱 친수성으로 개질할 수 있다. 투명고분자 기판으로는 아크릴 고분자, 폴리카보네이트 고분자, 사이클로 올레핀 고분자, 에폭시 고분자 및 에스테르 고분자 필름으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 일종의 투명한 고분자 필름이 사용될 수 있다. 이 경우에도 표면을 친수성으로 조절하기 위하여 자외선-산소 처리, 플라즈마 처리, 코로나 처리, 염기처리등으로 표면이 더욱 친수성이 되도록 조절할 수 있다.

상기 기재에 소수성 표면개질층 형성물질을 사용하여 소수성 표면개질층(22)을 형성한다. 상기 소수성 표면개질층(22)은 소수성 표면개질층 형성물질을 기판에 코팅하고 건조하므로써 형성될 수 있다. 코팅 및 건조방법은 특히 한정되지 않으며 피막을 형성하기 위해 사용되는 일반적인 방법으로 행할 수 있다.

소수성 표면개질층(22)은 친수성 기재와의 접착특성이 우수하고 또한, 표면의 소수성 특성이 우수한 물질로 형성될 수 있다. 소수성 표면개질층(22) 형성물질은 물과의 접촉각이 클수록 좋으며, 바람직하게는 물과의 접촉각이 60도 이상인 것이 바람직하다. 이는 물과의 접촉각이 클수록 소수성을 나타내기 때문이며, 물과의 접촉각이 60도를 초과하는 경우에 충분한 소수성을 나타내기 때문이다. 소수성 표면개질층 형성물질로는 이 기술분야에 일반적으로 알려져 있는 어떠한 물질이 사용될 수 있으며, 이로써 특히 한정하는 것은 아니지만, 예를들어 테플론이나 불화에 틸렌프로필렌 등을 포함하는 불소계 고분자나 불소계 고무, 폴리다이메틸실록산이나 폴리에틸메틸실록산 혹은 폴리메틸페닐실록산 등을 포함하는 실리콘계 고분자나 실리콘계 고무, 폴리에틸아크릴레이트나 폴리벤질프로필아크릴레이트, 디펜타에리트리톨펜타아크릴레이트 혹은 폴리이소보닐메타아크릴레이트 등을 포함하는 아크릴레이트계 고분자 등이 사용될 수 있다. 상기 표면개질층 형성물질은 단독으로 혹은 이종 이상의 혼합물로 적용될 수 있으며, 코팅되는 표면개질층 형성물질의 농도등은 코팅방법, 표면개질층의 두께 등에 따라 이 기술분야의 기술자가 적합하게 조절가능한 것으로 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

표면개질층의 두께는 형성하고자 하는 금속 미세패턴의 두께와 같거나 그 보다 두꺼운 것이 바람직하다. 그러나, 경우에 따라서, 형성하고자 하는 금속 미세패턴의 두께 보다 얇을 수도 있다. 구체적으로, 표면개질층의 두께는 형성하고자 하는 금속 미세패턴 두께의 50% ~200%인 것이 바람직하다. 표면개질층의 두께가 미세패턴 두께의 50% 미만이면, 원하는 두께의 미세패턴 형성이 어렵고 200%을 초과하면 원하는 패턴보다 두꺼운 금속패턴이 형성될 수 있을 뿐만 아니라, 표면개질층 형성물질이 필요 이상으로 다량 사용되므로 바람직하지 않다.

한편, 친수성 기판과 소수성 표면개질층의 접착력을 증대시키기 위해 친수성 기판과 소수성 표면개질층 사이에 접착개선층을 도입하거나 혹은 소수성 표면개질층 형성물질에 접착개선 물질을 혼합하여 사용할 수 있다.

접착개선층 형성물질 혹은 소수성 표면개질에 혼합되는 접착개선물질은 특히 한정하는 것은 아니며, 사용되는 기판과 접착개선층 형성물질의 물성 및 특성을 고려하여 부작용없이 기판과 접착개선층 사이의 접착성을 개선시킬 수 있는 물질로서 이 기술분야에 알려져 있는 것 중에서 적합하게 선택하여 사용할 수 있다. 사용가능한 접착개선 물질의 예로는 이로써 특히 한정하는 것은 아니지만, 아크릴옥시프로필트리메톡시실란(acryloxypropyltrimethoxysilane), 글리시독시프로필트리메톡시실란(glycidoxypropyltrimethoxysilane), 메타크릴옥시프로필트리메톡시실란 (methacryloxypropyltrimethoxysilane), 아크릴산(acrylic acid), 메타크릴산(methacrylic acid), N-비닐프탈이미드(N-vinylphthalimide), N,N'-디메틸아크릴아미드(N,N'-dimethylacrylamide), N-메틸-N-비닐 아세트아미드 (N-methyl-N-vinyl acetamide), 아크릴로일 모르폴린(acryloyl morpholine), N-비닐 카프로락탐(N-vinyl caprolactam)등을 들 수 있다. 이들 접착개선물질은 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.

소수성 표면개질층(22)을 형성한 다음에 노광하여 패턴을 형성하고자 하는 부분의 소수성 표면개질층을 제거한다. 도 2(b)는 노광에 의하여 소수성 표면개질층의 일부가 제거된 상태를 나타내는 도면이다.

노광은 레이저(23)를 이용하여 행하며, 레이저(23)로는 소수성 표면 개질 층(22)에는 흡수되나, 기재(21)에는 흡수되지 않는 파장의 레이저를 사용하는 것이 바람직하다. 소수성 표면개질층에 레이저를 조사하면, 조사된 레이저는 표면개질층에 흡수되어 열을 발생하며 발생한 열에 의하여 소수성 표면개질층이 열분해된다. 표면개질층이 열분해되어 제거되면 친수성 기재(21) 표면이 드러나게 된다. 기재는 조사된 레이저 파장을 투과하고 레이저가 흡수되지 않으므로 열분해되지 않는다. 따라서, 도 2 (b)에 도시한 바와 같이, 소수성 표면개질층만이 원하는 패턴형상으로 선택적으로 제거(24)된다.

일예로서, 355 nm 파장의 자외선은 사이클로 올레핀 고분자(COP)에는 흡수되지 않으나, 아크릴레이트 표면 개질제에 대하여는 흡수되므로, 사이클로 올레핀 고분자 지지기판에 아크릴레이트 표면 개질층을 형성한 경우에는 355 nm 파장의 레이저를 조사하여 표면 개질제층만을 선택적으로 제거할 수 있다.

레이저를 이용한 소수성 표면개질층의 제거에는 쉐도우 마스크(shadow mask)법 또는 스캐너법이 이용될 수 있다. 쉐도우 마스크법은 도 3에 도시하였다. 쉐도우 마스크법은 도 3에 도시한 바와 같이, 패턴 모양을 가진 쉐도우 마스크(34)을 이용하여 넓은 면적에 조사되는 레이저(33)를 패턴이 형성될 부분에만 투과하여 지지기판(31)상에 형성된 표면개질층(32)을 노광시켜 제거한다.

쉐도우 마스크를 이용하는 경우에는 엑시머 레이저등 높은 에너지를 갖는 레이저를 이용하여 넓은 면적을 단시간내에 가공할 수 있으며, 선폭이 다양한 패턴을 가공하는데 용이하다. 레이저로는 KrF레이저, ArF레이저등의 엑시머 레이저가 사용될 수 있다. 쉐도우 마스크를 이용하는 경우에는 미리 패턴형상을 갖는 마스크를 준비해야 한다.

스캐너 방식은 도 4에 도시하였다. 도 4에 도시한 바와 같이, 렌즈를 이용하여 초점에 모인 레이저 빔(44)을 두개의 독립적으로 움직이는 거울(43)을 이용하여 원하는 위치로 움직이게 할 수 있는 스캐너를 이용하여 필요한 형상으로 움직여서 기재(41)위에 형성된 표면개질층(42)을 원하는 패턴으로 선택적으로 제거할 수 있다. 스캐너 방식으로 초점에 모인 레이저 빔을 이용하여 제거하는 경우에는 다양한 형태의 패턴에 직접 적용가능하며, 특히, 선 형태의 패턴을 형성하는데 효과적이다. 스캐너 방식의 레이저 가공에는 CO₂레이저, Nd:YAG 레이저, He-Cd레이저등이 사용될 수 있다. 레이저에 의해 제거되는 표면개질층의 폭은 형성하고자하는 원하는 패턴의 선폭과 동일한 것이 바람직하나, 금속염 혹은 금속 나노입자의 도포 후 건조과정에서의 수축을 고려하여 약간 크게 형성할 수도 있다.

상기와 같이 패턴을 형성하고하 하는 형태로 소수성 표면개질층을 제거한 후에, 원하는 패턴형태로 소수성 표면개질층이 제거된 기재면에 친수성 금속염 혹은 금속나노입자 분산액을 코팅한다.

본 발명에서 친수성 금속염 혹은 금속 나노입자로는 은, 구리, 금, 크롬, 알루미늄, 텅스텐, 아연, 니켈, 철, 백금, 납으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 최소 1종 이상의 전도성 금속을 포함하는 금속염 혹은 이와 같은 금속의 나노입자일 수 있으며, 바람직하게는 은 혹은 구리의 금속염 혹은 금속 나노입자일 수 있다. 이들 금속을 포함하는 금속염의 종류는 특히 제한되지 않으며, 이 기술분야에 알려져 있는 어떠한 종류의 것이 사용될 있는 것으로 예를들면, 금속산화물, 금속질화물, 금속염화물, 금속불화물 및 금속붕화물등을 들 수 있다. 상기 금속염 혹은 금속나노입자의 입자크기 또한, 특히 제한되지 않으나, 분산액에서의 분산성 및 원하는 패턴의 두께 등을 고려하여 이 기술분야의 기술자는 분산액 제조에 사용되는 금속염 혹은 금속나노입자의 크기를 적합하게 조절할 수 있다.

상기 금속염 혹은 금속 나노입자의 분산매로는 1가 알코올, 다가 알코올, 카르비톨류 혹은 에틸렌계 불포화 화합물로 구성되는 그룹으로부터 선택된 것으로 끓는점이 최소 10℃ 차이나는 2가지 이상의 분산매의 혼합분산매가 사용될 수 있다. 이들의 구체적인 예로는, 이로써 제한하는 것은 아니지만, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 글리세린, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디에틸렌글리콜 모노부틸에테르, 디에틸렌글리콜 모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜 디아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트, N-메틸-2-피롤리돈등을 들 수 있다.

상기 금속염 혹은 금속 나노입자의 분산액에서 분산매로는 끓는점 차이가 10℃이상, 바람직하게는 10-30℃인 두 가지 이상의 분산매(용매)를 혼합하여 사용한다. 두 분산매의 끓는점 차이가 크지 않으면, 구체적으로는 끓는점 차이가 10℃ 미만이면, 두 분산매가 거의 동시에 증발하게 되므로 표면개질층중 패턴형상으로 제거된 부분에 선택적으로 금속패턴이 형성되지 않으며 패턴이 형성되지 않아야할 표면개질층 위에 금속막의 얼룩이 남게 된다. 끓는점의 차이가 클수록 표면개질층중 패턴형상으로 제거된 부분에 선택적으로 금속패턴이 형성되기 유리하므로 분산매의 끓는점 차이에 대한 상한선을 특히 제한하는 것은 아니며, 다만, 분산매의 끓는점 차이가 30℃정도이면 본 발명에서 의도하는 효과가 충분히 달성될 수 있는 것으로 여겨진다. 필요에 따라, 혼합되는 분산매의 끓는점 차이가 30℃이상이 될 수도 있고, 이를 배제하는 것은 아니다.

금속염 혹은 금속나노입자 분산액중 금속염 혹은 금속나노입자의 함량 및 상기 분산액의 코팅양은 특히 한정하는 것은 아니며, 이 기술분야의 기술자는 원하는 금속패턴의 두께, 코팅양등을 고려하여 금속염 혹은 금속나노입자의 함량을, 그리고 분산액의 농도와 금속패턴의 두께 그리고 전체 면적 중 패턴의 면적등에 따라 코팅양을 적합하게 조절할 수 있다.

상기 금속염 혹은 금속나노입자의 분산액의 코팅방법은 특히 제한되지 않으 며, 이 기술분야에 알려져 있는 일반적인 방법으로 코팅될 수 있다. 스핀코팅, 스프레이 코팅, 슬릿 코팅, 스크린 코팅, 잉크 젯, 바코팅 또는 딥(dip) 코팅등의 방법이 이용될 수 있다. 상기 금속염 혹은 금속나노입자 분산액을 원하는 패턴 형상부분으로 표면개질층이 제거된 기재면(원하는 패턴형태로 표면개질층이 제거되고 드러난 친수성 기재면과 제거되지 않고 남아있는 소수성 표면개질층 모두)에 코팅하므로써, 코팅된 금속염 혹은 금속 나노입자의 분산액은 표면에너지 차이에 의해 소수성 표면개질층에는 묻지 않고, 표면개질층이 제거된, 즉, 친수성 기판(기재)부분에 선택적으로 코팅될 수 있다.

도 2 (c)는 본 발명의 표면개질층이 제거된 부분에 금속염 혹은 금속나노입자 분산액이 선택적으로 코팅된 상태를 나타내는 도면이다.

상기 금속염 혹은 금속나노입자 분산액의 코팅방법중, 스핀코팅, 스프레이 코팅, 슬릿 코팅, 바코팅의 경우는 비교적 기판(기재)의 모든 부분(친수성 기재표면과 소수성 표면개질층 모두)에 분산액이 도포되며 도포량이 과도할 경우 표면개질층이 제거되고 드러난 친수성 기재 부분 이외의 부분에도 금속나노입자 혹은 금속염이 남게 되는 문제가 있다. 따라서, 도포양을 적합하게 조절하는 것이 바람직하다.

딥코팅의 경우에는 분산액이 기판의 모든 부분에 도포되지만, 표면개질층이 제거되고 드러난 친수성 기재부분 이외의 부분에 묻은 분산액은 표면장력에 의해 분산액 용기로 끌려들어가므로 표면개질층위에 금속나노입자 혹은 금속염이 남지 않는 장점이 있다. 스크린 코팅 및 잉크 젯 코팅은 비교적 표면개질층이 제거된 부분에 분산액이 도포되므로 분산액이 표면개질층 위에 남는 문제가 발생하지 않는다.

금속염 혹은 금속 나노입자의 분산액을 코팅한 후에, 분산액이 증발됨에 따라 원하는 패턴형상으로 표면개질층이 제거된 부분에 금속염 혹은 금속 나노입자에 의한 금속패턴(26)이 형성된다. 도 2(d)는 분산액이 증발되어 패턴(26)이 형성된 상태를 나타내는 도면이다.

상기한 바와 같이, 표면개질층에 코팅된 끓는점이 10℃이상 차이나는 두가지 이상의 분산매의 혼합분산매에 금속염 혹은 금속나노입자가 분산된 분산액은 끓는점이 낮은 분산매가 먼저 증발하고 끓는점이 높은 소수성 분산매만 남게되며, 이때 끓는점이 높은 분산매와 이에 분산되어 있는 금속염 및 나노입자는 선택적으로 표면개질층이 제거된 부분, 즉 친수성 기재 부분에 몰려서 잔류하게 되며 후속적으로 끓는점이 높은 분산매가 제거됨에 따라, 원하는 패턴형상으로 표면개질층이 제거된 부분에 패턴이 형성된다.

분산매는 필요에 따라 열처리등 이 기술분야에 일반적으로 알려져 있는 방법 으로 제거할 수 있으며, 분산매 제거방법을 특히 한정하는 것은 아니다. 또한, 분산매가 제거된 후에, 이 기술분야에 일반적으로 알려져 있는 바와 같이, 소결공정 및 필요에 따라 환원공정(금속염이 사용된 경우)을 행하므로써 금속패턴으로 형성될 수 있다.

그 후, 필요에 따라 추가로, 소수성 표면개질층만을 선택적으로 용해시키거나 건식식각으로 제거하여 금속패턴만이 남도록 할 수 있다. 도 2 (e)는 표면개질층(22)이 제거되고 금속패턴(26)이 남은 상태를 나타내는 도면이다. 표면개질층의 용해 또는 건식식각은 이 기술분야에 일반적으로 알려져 있는 방법으로 행할 수 있다.

본 발명의 표면특성을 이용한 방법으로 형성된 금속패턴은 패턴의 형상 및 정밀도가 우수하며, 상기 형성된 금속패턴을 포함하는 기판은 이로써 한정하는 것은 아니지만, PDP, TV용 전자기파 차폐필터등 디스플레이 소자에 사용될 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 보다 구체적으로 설명한다. 다만 하기 실시예로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

실시예

두께 125 ㎛의 COP투명기판에 10중량% 디펜타에리트리톨펜타아크릴레이트 용 액을 바코터로 코팅한 후, 90℃에서 건조하여 3㎛ 두께의 표면개질층을 형성하였다. 그 후, 355㎚ 파장의 Nd:YAG 레이저를 이용하여 표면개질층을 선택적으로 제거하였다. 이때 표면개질층은 300㎛의 간격으로 폭 20㎛의 십자로 교차된 선 모양의 패턴 형상이 되도록 제거되었다. 노광되는 레이저의 에너지 및 스캔 속도를 조절하여 레이저 조사된 부분의 아크릴레이트 표면개질층이 완전히 제거되도록 하였다. 노광에 사용된 레이저 조건은 주파수 40kHz, 1.4W로 노광하였으며 빔의 크기는 20㎛로 조절하여 초당 10㎝ 의 속도로 스캐너법으로 가공하였다. 그 후, 표면개질층이 선택적으로 제거된 COP 기판을 은 나노입자 분산용액에 딥코터를 이용하여 분당 10㎝의 속도로 담궜다 꺼내어 표면개질층이 제거된 부분에 은 나노입자 분산용액을 코팅하였다. 상기 은 나노 입자 분산용액은 입경이 20 ~ 30 nm인 은 나노입자 52 g을 NMP(N-메틸-2-피롤리돈, 끓는점 202℃, 표면장력 40.7 mN/m) 5g, 에틸렌 글리콜 (끓는점 197.3℃, 표면장력 47.99 mN/m) 20g 및 에탄올 (끓는점 78.2℃, 표면장력 21.97 mN/m) 100g의 혼합 분산매에 분산시켜 제조하였다.

기재(기판)이 은 나노입자 분산용액에서 꺼내지면서 분산매중 끓는점이 낮은 에탄올이 먼저 제거되고 기재면에서 표면개질층이 제거된 패턴형상 부분에 분산액이 몰려서 원하는 패턴형태로 코팅된다. 그 후, 기판을 65℃에서 10분간 건조한 후에 150℃에서 60분간 소결하여 잔류할 수 있는 분산매를 제거하여 은 나노입자 패턴을 제작하였다. 소결결과 선폭이 20㎛인 미세한 은 나노입자 패턴이 300㎛ 간격으로 선명하게 형성된 COP기판을 얻었다.

도 1은 PDP TV용 전자기파 차폐 필터의 패턴을 나타내는 도면이며,

도 2는 본 발명에 의한 미세 금속패턴 형성방법을 나타내는 도면이며,

도 3은 쉐도우 마스크법으로 노광하는 방법을 나타내는 도면이며,

도 4는 스캐너법으로 노광하는 방법을 나타내는 도면이다.

<도면의 주요 부위에 대한 설명>

21, 31, 41...기재 22, 32, 42...표면개질층

23, 33...레이저 24...표면개질층이 제거된 부분

25...코팅된 금속염 혹은 금속이온 분산액 26...금속패턴

34...쉐도우 마스크 43...거울

44...레이저 빔

Claims

친수성 기재에 소수성 표면개질층을 형성하는 단계;

레이저를 이용하여 원하는 패턴형상으로 소수성 표면개질층을 제거하는 단계;

원하는 패턴형상으로 소수성 표면개질층이 제거된 기재면에 끓는점이 최소 10℃ 차이나는 2가지 이상의 분산매의 혼합 분산매에 분산된 친수성 금속염 혹은 금속나노입자 분산액을 코팅하는 단계; 및

친수성 금속염 혹은 금속나노입자 분산액의 분산매를 제거하는 단계를 포함하여 금속 미세패턴 형성방법.
제 1항에 있어서, 상기 친수성 기재는 유리, 실리콘 웨이퍼, 금속기판, 아크릴 고분자, 폴리카보네이트 고분자, 사이클로 올레핀 고분자, 에폭시 고분자 및 에스테르 고분자 필름으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 일종임을 특징으로 하는 금속 미세패턴 형성방법.
제 2항에 있어서, 상기 친수성 기재의 친수성이 충분하지 않는 경우, 자외선-산소 처리, 플라즈마 처리, 코로나 처리 또는 염기처리하여 기재 표면을 친수화함을 특징으로 하는 금속 미세패턴 형성방법.
제 1항에 있어서, 상기 친수성 기재는 투명함을 특징으로 하는 금속 미세패턴 형성방법.
제 1항에 있어서, 상기 소수성 표면개질층은 친수성 기재와 접착가능하고 표면이 소수성 특성을 갖는 소수성 표면개질층 형성물질로 형성됨을 특징으로 하는 금속 미세패턴 형성방법.
제 5항에 있어서, 상기 소수성 표면개질층 형성물질은 물과의 접촉각이 60도 이상임을 특징으로 하는 금속 미세패턴 형성방법.
제 5항에 있어서, 소수성 표면개질층 형성물질은 테플론 및 불화에틸렌프로필렌을 포함하는 불소계 고분자 혹은 불소계 고무, 폴리다이메틸실록산, 폴리에틸메틸실록산 및 폴리메틸페닐실록산을 포함하는 실리콘계 고분자나 실리콘계 고무, 및 폴리에틸아크릴레이트, 폴리벤질프로필아크릴레이트, 디펜타에리트리톨펜타아크릴레이트, 및 폴리이소보닐메타아크릴레이트를 포함하는 아크릴레이트계 고분자로 구성되는 그룹으로부터 선택된 최소 일종임을 특징으로 하는 금속 미세패턴 형성방법.
제 1항에 있어서, 상기 소수성 표면개질층은 두께가 형성하고자 금속 미세패턴 두께 이상임을 특징으로 하는 금속 미세패턴 형성방법.
제 1항에 있어서, 상기 소수성 표면개질층은 두께가 형성하고자 금속 미세패턴 두께 이하임을 특징으로 하는 금속 미세패턴 형성방법.
제 1항에 있어서, 상기 친수성 기재와 상기 소수성 표면개질층의 접착력을 증대시키기 위해 상기 친수성 기재와 상기 소수성 표면개질층 사이에 접착개선층이 형성됨을 특징으로 하는 금속 미세패턴 형성방법.
제 5항에 있어서, 상기 소수성 표면개질층 형성물질은 상기 친수성 기재와 상기 소수성 표면개질층의 접착력을 증대시키기 위해 접착개선물질을 포함함을 특징으로 하는 금속 미세패턴 형성방법.
제 11항에 있어서, 상기 접착개선물질은 아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 글리시독시프로필트리메톡시실란, 메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, 아크릴산, 메타크릴산, N-비닐프탈이미드, N,N’-디메틸아크릴아미드, N-메틸-N-비닐 아세트아미드, 아크릴로일 모르폴린, N-비닐 카프로락탐으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 최소 일종 이상임을 특징으로 하는 금속 미세패턴 형성방법.
제 1항에 있어서, 상기 소수성 표면개질층 제거시 레이저로는 상기 소수성 표면개질층에 대하여는 흡수되나, 상기 친수성 기재에는 흡수되지 않는 파장의 레이저가 사용됨을 특징으로 하는 금속 미세패턴 형성방법.
제 13항에 있어서, 상기 친수성 기재는 사이클로 올레핀계 고분자 기재이고 상기 소수성 표면개질층은 아크릴레이트계 고분자로 형성되며, 소수성 표면개질층 제거시 레이저로 355 nm 파장의 레이저가 사용됨을 특징으로 하는 금속 미세패턴 형성방법.
제 1항에 있어서, 상기 소수성 표면개질층 제거는 쉐도우 마스크법 또는 스캐너법으로 행하여짐을 특징으로 하는 금속 미세패턴 형성방법.
제 15항에 있어서, 상기 소수성 표면개질층 제거는 쉐도우 마스크법으로 행하여지며, KrF레이저 또는 ArF레이저가 사용됨을 특징으로 하는 금속 미세패턴 형성방법.
제 15항에 있어서, 상기 소수성 표면개질층 제거는 스캐너법으로 행하여지며, CO₂레이저, Nd:YAG 레이저 또는 He-Cd레이저가 사용됨을 특징으로 하는 금속 미세패턴 형성방법.
제 1항에 있어서, 상기 금속염 혹은 금속 나노입자 분산액에서 금속염 혹은 금속 나노입자는 은, 구리, 금, 크롬, 알루미늄, 텅스텐, 아연, 니켈, 철, 백금, 납으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 최소 1종 이상의 전도성 금속을 포함하는 금속염 또는 금속나노입자임을 특징으로 하는 금속 미세패턴 형성방법.
제 18항에 있어서, 상기 금속염 혹은 금속 나노입자 분산액에서 금속염은 은염 혹은 구리염이며, 상기 금속 나노입자는 은 나노입자 혹은 구리 나노입자임을 특징으로 하는 금속 미세패턴 형성방법.
제 1항에 있어서, 상기 혼합 분산매는 1가 알코올, 다가 알코올, 카르비톨류 및 에틸렌계 불포화 화합물로 구성되는 그룹으로부터 선택된 것으로 끓는점이 최소 10℃ 차이나는 2가지 이상의 분산매의 혼합물임을 특징으로 하는 금속 미세패턴 형성방법.
제 20항에 있어서, 상기 혼합 분산매는 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 글리세린, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디에틸렌글리콜 모노부틸에테르, 디에틸렌글리콜 모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜 디아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트 및 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트, N-메틸-2-피롤리돈으로 구성되는 그룹으로부터 선택된, 끓는점이 최소 10℃ 차이나는 2가지 이상의 분산매의 혼합물임을 특징으로 하는 금속 미세패턴 형성방법.
제 1항에 있어서, 상기 코팅은 스핀코팅, 스프레이 코팅, 슬릿 코팅, 스크린 코팅, 잉크 젯, 바코팅 또는 딥(dip) 코팅법으로 행함을 특징으로 하는 금속 미세패턴 형성방법.
제 1항에 있어서, 상기 분산매 제거단계 후에, 상기 소수성 표면개질층만을 선택적으로 용해하거나 건식식각으로 제거하는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는 금속 미세패턴 형성방법.
소수성 기재에 친수성 표면개질층을 형성하는 단계;

레이저를 이용하여 원하는 패턴형상으로 친수성 표면개질층을 제거하는 단계;

원하는 패턴형상으로 친수성 표면개질층이 제거된 기재면에 끓는점이 최소 10℃ 차이나는 2가지 이상의 분산매의 혼합 분산매에 분산된 소수성 금속염 혹은 금속나노입자 분산액을 코팅하는 단계; 및

소수성 금속염 혹은 금속나노입자 분산액의 분산매를 제거하는 단계를 포함하는 금속 미세패턴 형성방법.
청구항 1 또는 24의 방법으로 형성된 금속 패턴.