KR101201319B1 - 몰드를 이용한 패턴 형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 잔류물의 발생을 방지할 수 있는 몰드를 이용한 패턴 형성방법에 관한 것으로, 몰드를 이용한 패턴형성 방법에 있어서, 패터닝하고자 하는 물질이 형성된 기판을 준비하는 단계; 상기 물질상에 비연속적으로 레진을 형성하는 단계; 및, 몰드를 이용하여 상기 레진을 패터닝하는 단계를 포함하여 이루어지는 것이다.

몰드(mold), 레진(resin), 잔류물, 비노광

Description

몰드를 이용한 패턴 형성방법{A method for patterning using a mold}

도 1a 내지 도 1d는 종래의 몰드를 이용한 패턴 형성방법을 설명하기 위한 공정단면도

도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 실시예에 따른 몰드를 이용한 패턴 형성방법을 설명하기 위한 도면

도 3은 슬릿 코팅 방식을 설명하기 위한 도면

도 4는 드랍 코팅 방식을 설명하기 위한 도면

＊도면의 주요부에 대한 부호 설명

200 : 기판 201 : 금속층

202a, 202b : 레진 200a : 표시 영역

200b : 비표시 영역

본 발명은 소프트 몰드를 이용한 패턴 형성방법에 관한 것으로, 특히 불량 레진 패턴의 발생을 방지할 수 있으며 소비되는 레진(resin)의 양을 줄일 수 있는 몰드를 이용한 패턴 형성방법에 대한 것이다.

일반적으로 반도체, 전자, 광전, 자기, 표시 소자, 미세 전자기계 소자 등을 제조할 때 기판상에 미세 패턴을 형성하는 공정을 필연적으로 수행하게 되는데, 이와 같이 기판상에 미세 패턴을 형성하는 대표적인 기법으로는 빛을 이용하여 미세 패턴을 형성하는 포토리소그라피(photolithography) 방법이 있다.

상기한 포토리소그라피 방법은 빛에 대한 반응성을 갖는 고분자 물질(예를 들면, 포토레진 등)을 패터닝하고자 하는 물질이 적층(또는 증착)된 기판상에 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, 기판상에 적층된 물질을 원하는 패턴으로 패터닝한다.

한편, 상기한 바와 같은 포토리소그라피 방법은 회로 선폭(또는 패턴 선폭)이 노광 공정에 사용되는 빛의 파장에 의해 결정된다. 따라서, 현재의 기술수준을 고려할 때 포토리소그라피 공정을 이용하여 기판상에 초미세 패턴, 예를 들면 선폭이 100㎚ 이하인 초미세 패턴을 형성하는 것이 매우 어려운 실정이다.

또한, 종래의 포토리소그라피 방법은 기판상에 미세 패턴을 형성하기 위해서는 여러 단계의 공정, 예를 들면 기판 세정, 기판 표면 처리, 감광성 고분자 코팅, 저온 열처리, 노광, 현상, 고온 열처리, 세정 등의 공정들을 수행해야만 하기 때문에 제조 시간이 길고 복잡하다는 문제가 있을 뿐만 아니라 고가의 장비를 사용해야 하는 문제가 있으며, 이러한 문제들은 결국 제조 원가의 상승과 생산성의 저하를 유발시키는 요인으로 작용하고 있다.

최근 들어, 상기한 종래 포토리소그라피 방법의 한계를 극복할 수 있는 새로운 패턴 형성 방법(비전통적 방법에 의한 리소그라피 방법)들에 대한 연구 개발이 도처에서 활발하게 진행되고 있는데, 이러한 비전통적 방법에 의한 리소그라피 방법 중의 하나로서 나노 임프린트 리소그라피(nano-imprint lithography) 방법이 제안되었다.

이러한 나노 임프린트 리소그라피 방법은 먼저 원하는 패턴이 형성된 규소(Si) 등의 단단한(hard) 주형(mold)을 준비하고, 열가소성의 고분자 박막을 기판상에 코팅하며, 주형을 기판에 대향시킨 상태에서 프레스 판 사이에 넣어 고온, 고압으로 처리한 후 기판으로부터 주형을 분리함으로써, 기판상에 형성된 고분자 박막 표면에 주형의 패턴을 전사시키는 방법이다.

상기한 종래의 나노 임프린트 리소그라피 방법은 규소 등의 단단한 주형을 사용하기 때문에 초미세 패턴을 쉽게 구현할 수 있다는 장점을 갖는다. 문헌에 보고된 바에 의하면, 종래의 나노 임프린트 리소그라피 방법은 대략 7㎚의 패턴 크기까지 구현 가능한 것으로 알려져 있다.

그러나, 종래의 나노 임프린트 리소그라피 방법은 높은 공정 압력을 이용하기 때문에 주형 및 기판이 변형되거나 파손되는 등의 단점을 가지며, 또한 고온으로 가열된 고분자 물질의 유동성을 이용하여 패터닝을 하기 때문에 크기가 큰 패턴의 경우에는 완벽한 패터닝에 많은 시간이 소요된다는 단점을 갖는다.

또한, 종래의 나노 임프린트 리소그라피 방법은 주형의 돌출부위(양각 패턴) 에 의해 눌려진 부분의 고분자 물질이 완전히 제거되지 않고 잔류하기 때문에 추가적인 공정, 즉 플라즈마 식각 공정 등을 더 필요로 하는 문제가 있으며, 이러한 공정 추가의 문제는 결국 경제성의 저하와 함께 미세 패턴의 변형 가능성을 상존하게 하는 문제점을 야기한다.

한편, 비전통적 방법에 의한 리소그라피 방법의 다른 예로는, 예를 들면 미세 접촉 인쇄법(micro-contact printing), 미세 모세관 몰딩(micro-molding incapillaries), 미세 전이 몰딩(micro-transfer molding), 연성 성형 몰딩(soft-molding), 모세관 힘 리소그라피(capillary force lithography) 등의 방법들이 있는데, 이러한 방법들의 공통점은 몰드(mold)로서 고분자 탄성체의 일종인 PDMS(polydimethylsiloxane)를 사용한다는 점이다. 또한, 이러한 방법들은 노광을 사용하지 않기 때문에, 비노광 방법이라고도 불린다.

PDMS 몰드의 장점으로는 탄성체이므로 패터닝할 기판 표면과의 균일한 접촉(conformal contact)이 쉽고, 표면 에너지가 낮은 물질이므로 다른 물질 표면과의 접착력이 작아 패터닝 후 기판 표면으로부터 쉽게 분리가 가능하며, 3차원 그물구조에 기인한 높은 기체 투과성(high gas permeability)으로 인해 용매의 흡수가 용이하다는 점이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 몰드를 이용한 패턴 형성방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1a 내지 도 1d는 종래의 몰드를 이용한 패턴 형성방법을 설명하기 위한 공정단면도이다.

먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 표시 영역과 비표시 영역을 갖는 기판(100)을 준비하고, 상기 기판(100)의 전면에 패터닝하고자 하는 금속층(101)과 레진(resin; 102)을 차례로 형성한다.

이어서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 금속층(101) 및 레진(102)이 형성된 기판(100)의 상부면에 패턴이 형성된 몰드(103)를 정렬시킨다.

여기서, 상기 몰드(103)에는 다수의 홈(111)이 형성되어 있다.

다음으로, 도 1c에 도시된 바와 같이, 상기 몰드(103)를 상기 레진(102)상에 밀착시키고, 상기 몰드(103)로 상기 레진(102)을 가압한다. 그러면, 몰드(103)와 기판(100) 사이의 압력 및 표면 장력으로 발생하는 모세관 힘(Capillary force)과 몰드(103)와 레진(102) 사이의 반발력에 의해 상기 레진(102)이 몰드(103)의 홈(111) 내로 이동한다.

이후, 상기 몰드(103)를 상기 기판(100)으로부터 제거하면, 도 1d에 도시된 바와 같이, 상기 몰드(103)의 홈(111)에 대응되는 금속층(101) 부분에 선택적으로 레진 패턴(150)이 형성된다.

다음으로, 상기 레진 패턴(150)을 마스크로 하여 노출되는 금속층(101)을 식각함으로써, 원하는 금속 패턴을 형성하게 된다.

한편, 상기 기판(100)의 표시 영역에는 다수의 패턴이 규칙적인 형태로 배열되기 때문에, 상기 기판(100)의 표시 영역은 매우 높은 패턴밀도를 갖는다. 하지만, 상기 기판(100)의 비표시 영역에는 얼라인 키 및 테스트 패턴등이 드문드문 형성되기 때문에, 상기 비표시 영역은 매우 낮은 패턴밀도를 갖는다.

다시말하면, 상기 표시 영역에 대응되는 몰드(103) 부분에는 많은 수의 홈(111)이 형성되어 있지만, 상기 비표시 영역에 대응되는 몰드(103) 부분에는 상당히 적은 수의 홈(111)이 형성된다.

따라서, 상기 표시 영역의 레진(102)은 상기 홈(111)에 충분히 충진되지만, 상기 비표시 영역의 레진(102)은 상기 홈(111)에 완전하게 충전되지 못한다. 결국, 도 1d에 도시된 바와 같이, 상기 비표시 영역에는 패터닝되지 못한 레진(102)이 잔류하게 된다. 즉, 상기 비표시 영역의 원치 않는 영역에 불필요한 잔류물(residue; 155)이 형성된다.

이 잔류물(155)은 상술한 식각과정에서 마스크로서 작용하기 때문에, 상기 금속층(101)이 제대로 식각되지 못하며, 이에 따라 상기 금속층(101)은 원하는 형상으로 패터닝되지 못하는 문제점이 발생된다.

물론, 종래에는 건식 식각 공정을 진행하여 상기 잔류물(155)을 제거하였는데, 이러한 건식 식각 공정은 공정 시간이 길기 때문에 생산성을 저하시키는 문제점이 있었다.

또한, 상기 잔유물(155)을 제거하기 위한 건식 식각 공정시, 상기 잔류물의 하부에 위치한 금속층까지도 식각되는 문제점이 발생할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 패턴 밀도가 낮은 비표시 영역에 비연속적으로 레진을 형성함으로써 비표시 영역에서 잔류물이 발생하는 것을 방지할 수 있는 몰드를 이용한 패턴 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 몰드를 이용한 패턴 형성방법은, 몰드를 이용한 패턴형성 방법에 있어서, 패터닝하고자 하는 물질이 형성된 기판을 준비하는 단계; 상기 물질상에 비연속적으로 레진을 형성하는 단계; 및, 몰드를 이용하여 상기 레진을 패터닝하는 단계를 포함하여 이루어짐을 그 특징으로 한다.

여기서, 상기 기판은 표시 영역 및 비표시 영역을 가지며, 상기 표시 영역의 전면에 연속적으로 레진을 형성하고, 상기 비표시 영역에 비연속적으로 레진을 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 표시 영역의 전면에 슬릿(slit)방식으로 레진을 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 표시 영역의 비표시 영역에 드랍(drop)방식으로 레진을 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 패터닝된 레진을 경화시키는 단계를 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

상기 패터닝된 레진을 자외선을 사용하여 경화하는 것을 특징으로 한다.

상기 패터닝된 레진을 열을 사용하여 경화시키는 것을 특징으로 한다.

상기 패터닝된 레진을 마스크로 하여 노출되는 상기 물질을 제거하는 단계를 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 소프트 몰드를 이용한 패턴 형성방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 실시예에 따른 몰드를 이용한 패턴 형성방법을 설명하기 위한 도면으로서, 각 도의 하단에 위치한 도면은 상단에 위치한 도면의 Ⅰ~Ⅰ의 선상에 따른 단면도를 나타낸다.

먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이, 표시 영역(200a) 및 비표시 영역(200b)을 갖는 기판(200)을 준비한다. 상기 기판(200)은 액정표시장치에 사용되는 기판으로서, 이 기판(200)은 투명한 유리 기판이다.

여기서, 도 2a에 도시된 바와 같이, 상기 비표시 영역(200b)은 상기 표시 영역(200a)의 둘레에 형성되어 있다.

이어서, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 표시 영역(200a) 및 비표시 영역(200b)을 포함한 기판(200)의 전면에 패터닝하고자 하는 금속층(201)을 형성한다.

여기서, 상기 금속층(201)은 게이트 라인, 상기 게이트 라인으로부터 돌출된 게이트 전극, 및 공통라인을 형성하기 위한 금속층(201)으로서, 예를들어 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함하는 도전성 금속 그룹 중 하나 또는 그 이상의 금속일 수 있다.

이후, 상기 표시 영역(200a)에 위치한 금속층(201)상에 폴리스티렌(polystyrene)과 같은 용액상의 레진(resin; 202a)을 코팅한다.

이때, 상기 레진(202a)은, 슬릿 방식의 코팅 장비를 사용하여, 상기 표시 영역(200a)에 대응하는 금속층(201)상에 선택적으로 코팅할 수 있다.

상기 레진(202a)은 열이 가해지면 점도가 낮아져 이동성이 커지게 되는 특성을 가지는 합성수지를 사용하게 되며, 이는 이후 언급할 몰드(mold)의 재질과도 밀접한 관련이 있다.

다음으로, 도 2c에 도시된 바와 같이, 상기 기판(200)의 비표시 영역(200b)에 위치한 금속층(201)상에 비연속적으로 레진(resin; 202b)을 형성한다. 즉, 상기 레진(202b)을 상기 비표시 영역(200b)에 드문드문 도포시킨다. 여기서, 상기 레진(202b)은 상기 비표시 영역(200b) 중 패턴이 형성될 부분에 선택적으로 형성된다.

이때, 상기 레진(202b)은, 드랍(drop) 방식의 코팅 장비를 사용하여 상기 비표시 영역(200b)에 대응하는 금속층(201)상에 선택적으로 코팅할 수 있다.

상기 패턴은, 예를 들면 얼라인 키(align key) 또는 테스트 패턴이 될 수 있다. 이 얼라인 키 또는 테스트 패턴은 상술한 게이트 라인, 게이트 전극, 및 공통라인과 동일한 재료로 이루어진다. 즉, 상기 얼라인 키, 테스트 패턴, 게이트 라인, 게이트 전극, 및 공통라인은 상술한 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함하는 도전성 금속 그룹 중 하나 또는 그 이상의 금속일 수 있다.

여기서, 상기 얼라인 키는 이후의 여러 공정에서 다수의 몰드가 기판(200) 위에 정확히 배치되기 위한 기준이 된다. 즉, 상기 얼라인 키는 반복되는 공정 과정에서 상기 몰드와 기판(200)의 잘못된 배치(misalign)로 인해 발생하는 불량을 방지하기 위한 수단이다.

다음으로, 도 2d에 도시된 바와 같이, 상기 금속층(201)과 레진(202a, 202b)이 형성된 기판(200)의 상부에 다수의 홈(222)을 갖는 몰드(203)를 정렬시킨다.

여기서, 상기 표시 영역(200a)에 대응하는 부분에 위치한 몰드(203)의 홈(222)들은 상기 게이트 라인, 게이트 전극, 및 공통라인을 형성하기 위한 것이고, 상기 비표시 영역(200b)에 대응하는 부분에 위치한 몰드(203)의 홈(222)들은 상기 얼라인 키를 형성하기 위한 홈(222)들이다.

한편, 상기 몰드(203)는 굳어졌을 때의 상태가 부드러운 재질을 가지는 물질에서 선택되는 것이 바람직하며, 이러한 몰드(203)의 재료로는 PDMS(polydimethylsiloxane)를 들 수 있다.

이어서, 도 2e에 도시된 바와 같이, 상기 몰드(203)와 상기 레진(202a, 202b)을 접촉시킨 상태에서 상기 몰드(203)를 가압하면, 상기 몰드(203)의 표면과 상기 레진(202a, 202b)간의 반발력에 의해 상기 레진(202a, 202b)이 몰드(203)의 홈(222)으로 이동하며, 이때 상기 레진(202a, 202b)은 모세관힘에 의해 상기 홈(222)에 채워지게 된다.

여기서, 상기 비표시 영역(200b)의 레진(202b)은, 상기 비표시 영역(200b)의 전체에 형성되어 있지 않고 상기 비표시 영역(200b)에 부분적으로 형성되어 있기 때문에, 본 발명에서 기판(200)의 비표시 영역(200b)에 형성되는 레진(202a)의 양은 종래에서 기판(도 1a의 100)의 비표시 영역에 형성되는 레진의 양보다 더 작다.

따라서, 본 발명에서 상기 비표시 영역(200b)에 형성된 레진(202b)은 상기 몰드(203)의 홈(222)들에 충분하게 충진될 수 있으며, 이에 따라 본 발명에 따른 패턴 형성방법을 사용하면 상기 비표시 영역(200b)에 잔류물(도 1d의 155)이 형성되는 것을 방지할 수 있다.

이후, 도 2f에 도시된 바와 같이, 상기 몰드(203)를 들어 올리게 되면, 상기 홈(222)의 형상과 동일한 형상의 레진 패턴(250a, 250b)이 상기 금속층(201)의 상부에 남게 된다.

다음으로, 상기 레진 패턴(250a, 250b)에 자외선(또는, 열)을 조사하여 상기 레진 패턴(250a, 250b)을 경화시킨다.

이어서, 상기 레진 패턴(250a, 250b)을 마스크로 하여 노출되는 금속층(201)을 식각하면, 상기 노출된 금속층(201)은 모두 제거된다.

이후, 도 2g에 도시된 바와 같이, 상기 레진 패턴(250a, 250b)을 제거하면 상기 기판(200)상에는 원하는 금속 패턴(280a, 280b)이 형성된다. 이 금속 패턴(280a, 280b)은 상술한 게이트 라인, 게이트 전극, 공통라인, 및 얼라인 키를 포함한다.

다음으로, 도면에 도시하지 않았지만, 상술한 바와 같은 공정을 계속 진행하여, 게이트 절연막, 반도체층, 오믹콘택층, 데이터 라인, 소스 전극, 드레인 전극, 보호막, 및 화소 전극을 형성하여 액정표시장치용 기판을 완성한다.

이후, 상기 기판(200)의 비표시 영역의 가장자리를 스크라이빙 공정을 통해 제거한다. 이때, 상기 제거되는 가장자리 부분에는 얼라인 키가 포함된다.

한편, 도 3은 슬릿 코팅 방식을 설명하기 위한 도면으로, 동 도면에 도시된 바와 같이, 슬릿 코팅 장치(300)를 코팅 진행 방향으로 이동시키면서 레진(202a)을 연속적으로 도포함으로써 상기 표시 영역(200a) 전체에 선택적으로 레진(202a)을 형성할 수 있다.

또한, 도 4는 드랍 코팅 방식을 설명하기 위한 도면으로, 동 도면에 도시된 바와 같이, 드랍 코팅 장치를 기판(200)의 비표시 영역(200b) 중 원하는 부분에 정렬시키고, 레진(202b)을 상기 부분에 적당량 적하시킴으로써 상기 부분에 선택적으로 레진(202b)을 형성할 수 있다.

또 한편, 본 발명에서는 기판(200)의 사이즈가 작은 경우, 상기 표시 영역(200a)에 상기 드랍 방식을 사용하여 레진(202a)을 코팅할 수도 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 몰드를 이용한 패턴 형성방법에는 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명에서는 기판의 비표시 영역에 부분적으로 레진을 도포함으로써, 상기 비표시 영역에 잔류물이 형성되는 것을 방지할 수 있다.

더불어, 상기 비표시 영역의 일부분에만 레진이 도포되므로, 종래에 비하여 레진의 사용량을 줄일 수 있다.

Claims (9)

1. 몰드를 이용한 패턴형성 방법에 있어서,

   표시 영역 및 비표시 영역을 갖는 기판을 준비하는 단계;

   상기 기판의 전면에, 패터닝하고자 하는 물질층을 형성하는 단계;

   상기 표시 영역에 위치한 물질층 부분의 전면에 연속적으로 레진을 도포하는 단계;

   상기 비표시 영역에 위치한 물질층 부분에 비연속적으로 레진을 도포하는 단계; 및,

   몰드를 이용하여 상기 표시 영역의 레진 및 비표시 영역의 레진을 패터닝하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 몰드를 이용한 패턴 형성방법.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 표시 영역에 위치한 물질층 부분의 전면에, 슬릿(slit) 방식으로 레진을 도포하는 것을 특징으로 하는 몰드를 이용한 패턴 형성방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 비표시 영역에 위치한 물질층 부분에, 드랍(drop) 방식으로 레진을 도포하는 것을 특징으로 하는 몰드를 이용한 패턴 형성방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 몰드를 이용하여 상기 레진을 패터닝하는 단계 이후, 상기 패터닝된 레진을 경화시키는 단계를 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 몰드를 이용한 패턴 형성방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 레진을 경화시키는 단계에서, 상기 패터닝된 레진을 자외선을 사용하여 경화시키는 것을 특징으로 하는 몰드를 이용한 패턴 형성방법.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 레진을 경화시키는 단계에서, 상기 패터닝된 레진을 열을 사용하여 경화시키는 것을 특징으로 하는 몰드를 이용한 패턴 형성방법.
8. 제 5 항에 있어서,

   상기 패터닝된 레진을 경화시키는 단계 이후, 상기 패터닝된 레진을 마스크로 하여 노출되는 상기 물질층을 제거하는 단계를 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 소프트 몰드를 이용한 패턴 형성방법.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 비표시 영역에 위치한 물질층 부분에 비연속적으로 레진을 도포하는 단계는, 상기 비표시 영역 중 패턴이 형성될 부분에만 선택적으로 레진을 도포하는 단계인 것을 특징으로 하는 소프트 몰드를 이용한 패턴 형성방법.

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