KR101204307B1 - 레이저를 이용한 미세 구리배선 제작방법 및 레이저를 이용한 미세 구리배선 제조장치 및 그 제작방법으로 제조된 미세 구리배선 - Google Patents
레이저를 이용한 미세 구리배선 제작방법 및 레이저를 이용한 미세 구리배선 제조장치 및 그 제작방법으로 제조된 미세 구리배선 Download PDFInfo
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Abstract
레이저를 이용한 미세 구리배선 제작방법 및 레이저를 이용한 미세 구리배선 제조장치 및 그 제작방법으로 제조된 미세 구리배선에 대한 것이다. 보다 상세하게는 레이저를 이용한 미세 구리배선 제작방법에 있어서, 산화구리로 구성된 CuO 나노 파티클과 환원제를 배합하여 구리잉크를 제조하는 단계; 구리잉크를 기판에 코팅시켜 코팅층을 형성하는 단계; 기판에 코팅된 코팅층에 레이저 광을 주사하여 레이저가 주사된 부분의 코팅층이 구리로 환원 및 소결되는 단계; 및 레이저가 주사되지 않은 코팅층을 제거하여 미세 구리배선을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 미세 구리배선 제작방법 그리고, 미세 구리배선을 제조하기 위한 장치에 있어서, 상면이 평평한 기판이 설치되는 기판설치부; 산화구리로 구성된 CuO 나노 파티클과 환원제를 혼합하여 배합된 구리잉크를 기판 상면에 코팅하여 코팅층을 형성시키는 코팅수단; 미세 폭을 갖는 레이저 광을 발생시키고, 기판 상면에 코팅된 코팅층에 레이저 광을 조사하여 레이저가 조사된 코팅층 부분을 구리로 환원 및 소결시키는 레이저 주사수단; 레이저 주사수단을 기판과 소정간격을 유지하여 이동시키는 이동수단; 및 레이저가 주사되지 않는 코팅층을 제거하기 위한 제거수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 미세 구리배선 제조장치에 관한 것이다.
Description
레이저를 이용한 미세 구리배선 제작방법 및 레이저를 이용한 미세 구리배선 제조장치 및 그 제작방법으로 제조된 미세 구리배선에 대한 것이다. 보다 상세하게는 Cu(Ⅱ)O 일산화 구리 나노 파이클과 환원제로 구성된 구리 잉크에 레이저를 주사하여 패터닝, 환원, 소결 공정을 단일공정으로 신속하게 미세 구리배선을 제작할 수 있는 방법, 제조장치에 관한 것이다.
최근 광산업, 디스플레이 산업, 반도체 산업, 바이오 산업에서 제품의 박막화 고성능화의 요구가 증가하고 있다. 여기에 최근 금, 은의 재료비 증가로 인한 구리 배선 형성기술의 수요가 급증하고 있다. 또한, 구리 배선에서 마이크로, 나노 스케일의 미세 구리배선을 형성하는 기술이 요구되고 있다. 또한, 이러한 미세 배선기술은 광학소자, 바이오소자, 각종 전자 기기의 미세 전극배선, 광학 전기적 기능성 시트(sheet) 등에 적용되어 그 실시화의 범위가 넓다.
종래에 용액공정으로 미세 배선을 형성하는 것은 구리잉크를 잉크젯, 롤투롤, 스크린 프린팅과 같은 방법을 이용하여 구현하였다. 이러한 방법으로 미세 배선을 형성하기 위해서는 구리 나노 파티클 제조 단계, 패터닝 단계, 소결단계를 각각 독립적인 공정으로 실행해야 하기 때문에 제조단가가 경제적이지 않고, 신속하게 미세 배선을 제작할 수 없는 문제가 존재한다.
통상 구리는 금, 은과 같이 높은 전도성을 나타내면서 경제적인 재료이다. 그러나, 이러한 구리는 금, 은과 달리 대기상태에서 쉽게 산화가 일어나게 되는 문제가 있다. 그리고, 이러한 구리를 솔루션(solution) 공정에 적용하기 위해서는 구리 나노 파티클 잉크로 제작하여야 한다. 그러나, 나노 파티클 상태에서는 구리의 표면적이 증가하여 더욱 쉽게 산화되는 문제가 존재한다. 따라서, 산화를 방지하기 위해 나노 파티클 각각을 캡슐화하여야 한다. 이러한 캡슐화 기술이 적용되기 때문에 잉크 제조비가 경제적이지 않고, 미세 배선 제조가 복잡해 지는 문제가 있다.
또한, 구리 잉크를 기존의 잉크젯, 롤투롤에 적용하는데 있어서, 패터닝은 가능하지만, 50㎛이하의 미세 배선을 형성하는 데는 한계가 있고, 고온 소결과정에서 열확산에 의해 더욱 쉽게 구리가 산화되므로 진공, 불활성 상태에서 공정을 수행해야하는 문제가 존재하였다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 일실시예에 따르면, 구리 잉크로서 구리 나노 파티클이 아닌 CuO 나노 파티클과 환원제를 사용하므로, 별도로 구리 나노 파티클을 캡슐화할 필요가 없어 경제적인 미세 구리배선을 제작방법을 제공하게 된다. 또한, 구리의 산화를 막기 위한 별도의 공정, 기술이 필요하지 않은 미세 구리배선을 제작방법을 제공하게 된다.
또한, 상온에서도 잉크의 산화가 발생되지 않으므로 별도로 진공이나 불활성 상태를 만들 필요가 없고, 독립적인 패터닝 과정, 환원 과정 및 소결 과정없이 레이저 주사만으로 구리의 환원, 소결, 패터닝이 동시에 발생될 수 있어 신속한 미세 구리배선을 제작방법을 제공하게 된다. 그리고, 본 발명의 일실시예에 따르면, 유연기판에 직접적으로 미세 패터닝이 가능하고, 대면적의 기판에 미세 패턴을 제작할 수 있는 구리배선을 제작방법을 제공하게 된다.
본 발명의 그 밖에 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 관련되어 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명확해질 것이다.
본 발명의 목적은 레이저를 이용한 미세 구리배선 제작방법에 있어서, 산화구리로 구성된 CuO 나노 파티클과 환원제를 배합하여 구리잉크를 제조하는 단계; 구리잉크를 기판에 코팅시켜 코팅층을 형성하는 단계; 기판에 코팅된 코팅층에 레이저 광을 주사하여 레이저가 주사된 부분의 코팅층이 구리로 환원 및 소결되는 단계; 및 레이저가 주사되지 않은 코팅층을 제거하여 미세 구리배선을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 미세 구리배선 제작방법으로 달성될 수 있다.
구리잉크 배합단계에서, 구리잉크에 계면활성제를 더 포함시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
구리잉크 배합단계에서, 구리잉크에 탈이온수를 더 포함시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
코팅층 형성단계 후에, 탈이온수를 증발시켜 코팅층을 건조시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
코팅층 형성 단계에서, 기판은 유연기판 또는 내열기판인 것을 특징으로 할 수 있다.
미세 구리배선 형성단계에서, 레이저가 주사되지 않은 코팅층에 탈이온수를 분사시켜 코팅층을 제거하는 것을 특징으로 할 수 있다.
미세패턴 형성단계에서, 코팅층 제거 후에, 잔류 물기를 제거하는 건조단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
레이저 주사단계에서, 레이저가 주사된 코팅층은 구리로 환원, 소결 및 패터닝이 동시에 발생되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 본 발명의 목적은, 상기의 레이저를 이용한 미세 구리배선 제작방법에 의해 제작된 미세 구리배선으로 달성되어 질 수 있다.
또 다른 카테고리로서 본 발명의 목적은, 미세 구리배선을 제조하기 위한 장치에 있어서, 상면이 평평한 기판이 설치되는 기판설치부; 산화구리로 구성된 CuO 나노 파티클과 환원제를 혼합하여 배합된 구리잉크를 기판 상면에 코팅하여 코팅층을 형성시키는 코팅수단; 미세 폭을 갖는 레이저 광을 발생시키고, 기판 상면에 코팅된 코팅층에 레이저 광을 조사하여 레이저가 조사된 코팅층 부분을 구리로 환원 및 소결시키는 레이저 주사수단; 레이저 주사수단을 기판과 소정간격을 유지하여 이동시키는 이동수단; 및 레이저가 주사되지 않는 코팅층을 제거하기 위한 제거수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 미세 구리배선 제조장치로 달성될 수 있다.
구리잉크는 계면활성제 및 탈이온수 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
레이저 주사수단은, 레이저광을 발생시키는 레이저 발생부와 레이저 발생부에서 발생된 레이저광의 초점을 조절하는 초점조절부를 더 포함하고, 레이저 광이 주사된 코팅층은 구리로 환원, 소결 및 패터닝이 동시에 발생되는 것을 특징으로 할 수 있다.
이동수단의 이동속도와 이동 방향을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
제어부는 초점조절부를 제어하여 코팅층에 조사되는 레이저의 폭을 조절하고, 레이저 발생부를 제어하여 코팅층에 주사되는 레이저 광의 출력을 조절하는 것을 특징으로 할 수 있다.
코팅수단은 스핀코팅기, 롤코팅기, 스프레이 코팅기 또는 블레이팅 코팅기인 것을 특징으로 할 수 있다.
제거수단은 코팅층에 탈이온수를 분사시켜 레이저가 조사되지 않은 코팅층을 제거하는 탈이온수 분사기로 구성되는 특징으로 할 수 있다.
코팅수단에 의해 기판에 코팅층을 형성한 후에, 수분을 제거하고, 제거수단에 의해 레이저가 주사되지 않은 코팅층을 제거한 후에 수분을 제거시키는 건조수단을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 레이저를 이용한 미세 구리배선 제조장치에 의해 제조된 미세 구리배선으로 달성될 수 있다.
따라서, 상기 설명한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의하면, 구리 잉크로서 구리 나노 파티클이 아닌 CuO 나노 파티클과 환원제를 사용하므로, 별도로 구리 나노 파티클을 캡슐화할 필요가 없어 경제적인 미세 구리배선을 제작할 수 있는 효과를 갖는다. 또한, 구리의 산화를 막기 위한 별도의 공정, 기술이 필요하지 않아 보다 효율적으로 미세 구리배선을 단일고정으로 제작할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 상온, 대기상태에서 공정을 수행하여도 잉크의 산화가 발생되지 않으므로 별도로 진공이나 불활성 상태를 만들 필요가 없다는 공정상의 장점을 가지고 있다. 그리고, 독립적인 패터닝 과정, 환원 과정 및 소결 과정없이 레이저의 주사만으로 구리의 환원, 소결, 패터닝이 동시에 발생시킬 수 있어 신속한 미세 구리배선을 제작할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 본 발명의 일실시예에 따르면, 유리 등의 내열기판뿐 아니라 유연기판에 직접적으로 미세 패터닝이 가능할 수 있다는 장점을 갖는다. 또한, 대면적의 기판에 미세 패턴을 제작할 수 있어 대면적 미세 구리배선을 신속하게 제작할 수 있는 효과를 갖는다.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어 졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허 청구 범위에 속함은 자명하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용한 미세 구리배선 제조장치를 모식적으로 도시한 사시도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용한 미세 구리배선 제작방법의 흐름도,
도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 상부에 코팅층이 형성된 기판의 부분 단면도,
도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 건조단계에 따라 탈이온수가 증발된 코팅층이 형성된 기판의 부분 단면도,
도 3c는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 코팅층에 주사하는 상태에서 기판의 부분 단면도,
도 3d는 본 발명의 일실시예에 따른 탈이온수 분사기에 의해 탈이온수를 분사시켜 코팅층이 제거된 미세 구리배선이 형성된 기판의 부분 단면도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 코팅층에 주사한 경우, 레이저가 주사된 코팅층의 폴리올 공정의 반응식,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용한 미세 구리배선 제조장치에서 제어부의 신호흐름을 나타낸 블록도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용한 미세 구리배선 제작방법의 흐름도,
도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 상부에 코팅층이 형성된 기판의 부분 단면도,
도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 건조단계에 따라 탈이온수가 증발된 코팅층이 형성된 기판의 부분 단면도,
도 3c는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 코팅층에 주사하는 상태에서 기판의 부분 단면도,
도 3d는 본 발명의 일실시예에 따른 탈이온수 분사기에 의해 탈이온수를 분사시켜 코팅층이 제거된 미세 구리배선이 형성된 기판의 부분 단면도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 코팅층에 주사한 경우, 레이저가 주사된 코팅층의 폴리올 공정의 반응식,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용한 미세 구리배선 제조장치에서 제어부의 신호흐름을 나타낸 블록도를 도시한 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 ‘연결’되어 있다고 할 때, 이는 ‘직접적으로 연결’되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, ‘간접적으로 연결’되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 ‘포함’한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용한 미세 구리배선 제조장치(100)의 구성 및 레이저를 이용한 미세 구리배선의 제조방법에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용한 미세 구리배선 제조장치(100)를 모식적으로 도시한 사시도이다. 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용한 미세 구리배선 제조장치(100)는 기판설치부(10), 몸체(20), 레이저 주사수단(30), 코팅수단(미도시), 제거수단(미도시) 및 건조수단(미도시)를 포함할 수 있다.
그리고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용한 미세 구리배선 제작방법의 흐름도를 도시한 것이다. 이러한 미세 구리배선 제작방법은 본 발명의 일실시예에 다른 레이저를 이용한 미세 구리배선 제조장치(100)를 이용할 수 있다. 먼저, 산화구리(CuO) 나노 파티클과 환원제를 배합하여 구리잉크를 제조한다(S10). 본 발명의 일실시예는 구리 나노파티클을 사용하지 않고, CuO 나노 파티클을 사용한다.
따라서, 이러한 CuO 나노 파티클은 순수한 구리와 달리 쉽게 산화가 일어나지 않기 때문에(즉, 이미 산화된 상태이기 때문에 대기 중에서 추가적인 반응이 없이 안정적으로 유지됨), 통상 구리나노 파티클을 이용하는 경우와 같이 별도의 캡슐화 단계는 필요하지 않다. 또한, 환원제는 CuO 나노 파티클의 산화를 방지하고, 레이저광(1)이 주사되었을 때 CuO를 환원시키는 역할을 하게 된다. 이러한 환원제로 구체적 실시예에서는 통상의 폴리올 공정(polyol process)에 사용되는 알콜 계열의 에틸렌 글리콜(ethylene glycol) 또는 디에틸렌 글리콜(diethylene glycol) 등의 환원제를 사용하였다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 구리잉크는 계면활성제, 건조제인 탈이온수(di-water) 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다. 계면활성제는 구리잉크의 습윤(wetting) 특성 등을 향상시키기 위해 배합되고, 탈이온수는 건조를 용이하게하기 위해 배합된다. 환원제의 산도에 따라서 CuO의 환원정도가 변화되기 때문에 환원제의 적절할 양을 조절하여 배합하게 된다. 또한, 레이저는 유기물 등 기타 휘발성 물질이 많이 존재하는 위치에 주사하는 경우, 폭발적으로 반응할 수 있기 때문에, 원하는 미세 패터닝을 얻을 수 없다. 따라서, 건조과정에서 건조를 용이하게 하기 위해 건조제를 적절히 배합하여야 한다. 건조제는 탈이온수 또는 기타 증발이 용이하면서 환원제, 파티클과 화학적으로 반응하지 않는 용액을 사용한다(구체적 실시예에서는 탈이온수를 사용하였다).
이렇게 제조된 구리잉크를 기판설치부(10)에 설치된 기판(40) 상면에 코팅하게 된다. 즉, 코팅수단에 의해 구리잉크를 기판(40) 상면에 코팅하여 코팅층(50)을 형성시킨다(S20). 이러한 구리잉크를 코팅하여 코팅층(50)을 형성하는 것은 일반 용해(solution) 코팅과정에서 사용되는 스핀코팅기에 따른 스핀코팅, 롤코팅기에 따른 롤코팅, 블레이딩(blading) 코팅기에 따른 블레이딩 코팅 등을 사용하게 된다. 도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 상부에 코팅층(50)이 형성된 기판의 부분 단면도를 도시한 것이다.
종래 미세 구리배선을 제작하는 경우, 유리와 같은 내열기판에만 적용할 수 있고, 유연기판에 적용될 수 없었으나, 본 발명의 일실시예에 따른 미세 구리배선 제작방법은 유연기판에 적용될 수 있다. 즉, 폴리올 공정은 환원제(예를 들어, 에틸렌 글리콜)의 끓는점 이상에서 발생하게 되는데, 환원제의 끓는점이 보통 200 ~ 300℃인데 반해서, 유연기판인 폴리마이트(polymide) 필름 등은 녹는점이 400℃이상이기 때문에 유연기판의 열적 손상없이 미세 구리배선을 형성할 수 있다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따른 미세 구리배선 제작방법은 종래의 경우와 달리 대면적 기판(40)에 적용될 수 있다. 따라서, 대면적 기판(40)에 별도의 구리 환원단계, 소결단계, 패터닝 단계를 분리 공정이 아닌 단일공정으로 미세 구리배선(60)을 형성시킬 수 있다.
그리고, 기판(40)에 코팅된 코팅층(50)을 건조하는 단계를 실행하게 된다(S30). 건조단계는 상온에서 약 30분 정도 자연건조시킬 수도 있고, 별도의 건조수단을 적용하여 보다 빠르게 건조시킬 수도 있다. 건조 단계에서는 구리잉크에 배합된 탈이온수만을 증발시켜 표면만을 건조시키게 된다. 건조단계에서 환원제까지 모두 증발되는 것을 피해야만 한다. 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 건조단계에 따라 탈이온수가 증발된 코팅층(50)이 형성된 기판의 부분 단면도를 도시한 것이다.
건조단계 후 레이저 주사수단(30)을 이용하여 코팅층(50)에 레이저 광(1)을 주사하게 된다(S40). 레이저 주사수단(30)에서 코팅층(50)으로 주사되는 레이저 광(1)은 펄스 레이저 또는 연속파(CW, continuous wave)레이저를 사용한다. 레이저가 코팅층(50)에 주사되는 경우, 레이저 광(1)이 주사된 코팅층(50)은 CuO가 구리로 환원됨과 동시에 소결되게 된다. 따라서, 환원 공정, 소결공정 및 미세패터닝 공정을 별도의 공정으로 할 필요없이 레이저 광(1)의 주사만으로 이러한 환원, 소결, 미세패터닝 공정을 단일공정으로 구현가능하게 된다. 도 3c는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 광(1)을 코팅층(50)에 주사하는 상태에서 기판의 부분 단면도를 도시한 것이다.
그리고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 광(1)을 코팅층(50)에 주사한 경우, 레이저 광(1)이 주사된 코팅층(50)의 폴리올 공정의 반응식을 도시한 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 구체적 실시예에 환원제는 HO(CH2)2OH 를 사용하였다. CuO의 밴드갭(bandgap(1.2eV))과 일치하는 파장의 레이저 광(1)(1064nm)이 주사되면, 도 4에 도시된 바와 같이, 순간적으로 CuO 나도 파티클(도 4에서 NP로 도시)이 광에너지를 받게 되고 여기되어 Cu2+와 O2- 로 분리된다. 그리고 레이저의 일부 에너지만 위의 여기에 사용되고 나머지는 열에너지로 작용하여 온도 증가하게 된다. 이러한 온도 증가는 환원제로 열을 확산시키게 되고, 위에서 세번째 도시된 반응식과 같이, 열을 인가받은 환원제(HO(CH2)2OH)는 전자를 방출하게 된다.
그리고, 이온화된 구리(Cu2 +) 환원제에서 방출된 이온(2e-)을 받아 Cu 나노 파티클(NP로 도시)로 환원되게 된다. 그리고, 환원된 Cu 나노파티클은 고온의 온도를 가지고 있기 때문에, 온도에 의해서 열확산 현상이 발생되어 소결되게 된다. 이러한 환원과정과 소결과정은 레이저 광(1)을 주사하자마자 순식간에 발생되게 된다(즉, 순식간에 발생되기 때문에, 환원된 구리 나노 파티클이 다시 산화를 이으키지 않는다). 결국 레이저가 주사된 부분만 미세 구리배선(60)이 형성되게 된다. 이러한 구리 잉크의 환원 소결반응을 폴리올 공정이라고 한다. 또한, 이러한 미세 구리배선(60)을 형성하는 방법에서 설명된 단계는 구리 파티클의 산화가 발생되지 않으므로 공정 환경을 진공이나 불활성 상태에서 진행할 필요가 없다. 따라서, 보다 신속하고, 경제적으로 미세 구리배선(60)을 레이저를 주사하는 것만으로 환원, 소결, 패터닝 작업을 동시에 가능하게 한다.
따라서, 레이저가 주사된 부분만이 구리 환원 및 소결반응이 일어나게 되므로 레이저 광(1)의 출력, 레이저 주사수단(30)의 이동속도, 펄스레이저의 경우, 주사되는 레이저 광(1)의 폭, 반복률(repetition rate)에 의해 패턴의 크기가 변화되게 된다. 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용한 미세 구리배선 제조장치(100)의 레이저 주사수단(30)은 레이저 발생부(31), 레이저집속부, 초점조절부(34) 등으로 구성될 수 있다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용한 미세 구리배선 제조장치(100)는 레이저 주사수단(30)을 평행하게 이동시키는 이동수단(32)과 레이저 주사수단(30)을 수직으로 이동시키는 수직구동부(33) 및 이들의 구성 각각을 제어하는 제어부(80)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이저 주사수단(30)은 레이저를 발생시키는 레이저 발생부(31)와 레이저 발생부(31)에서 발생된 레이저를 집속시키는 레이저 집속부를 포함할 수있다. 레이저 집속부는 볼록렌즈 등으로 구성될 수 있다. 그리고, 레이저 주사수단(30)은 레이저집속부와 레이저 발생부(31) 사이의 간격을 조절하는 초점 조절부(34)를 더 포함할 수 있다. 초점조절부(34)는 레이저집속부와 연결되어 레이저 발생부(31)와 레이저집속부 사이의 이격거리를 조절하여 레이저의 초점을 변화시키게 된다.
또한, 본 발명의 일실시예는 도 1에 도시된 바와 같이, 몸체(20) 상부와 레이저 주사수단(30) 사이에 이동수단(32)을 구비하여 레이저 주사수단(30)을 기판(40)과 평행하게 이동시킬 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 레이저가 주사되는 코팅층(50)이 미세 구리배선(60)이 형성되기 때문에, 레이저가 주사되는 위치에 따라 미세 구리배선(60)의 형태가 결정되게 된다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용한 미세 구리배선 제조장치(100)는 레이저 주사수단(30)을 상하로 이동시키는 수직구동부(33)를 더 포함할 수 있다. 따라서, 수직구동부(33)의 구동으로 레이저 주사수단(30)과 코팅층(50)과의 이격거리를 변화시켜 레이저 주사수단(30)에서 주사되어 코팅층(50)에 주사되는 레이저광의 폭을 조절할 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용한 미세 구리배선 제조장치(100)에서 제어부(80)의 신호흐름을 나타낸 블록도를 도시한 것이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제어부(80)는 레이저 발생부(31)를 제어하여 레이저 주사수단(30)에서 주사되는 레이저광의 출력을 조절할 수 있다. 이러한 레이저의 출력에 따라 형성되는 미세 구리배선(60)의 크기가 결정되게 된다. 또한, 제어부(80)는 이동수단(32)을 제어하여 레이저 주사수단(30)이 기판(40)과 평행하게 이동되는 이동방향과 이동속도를 조절하게 된다.
그리고, 제어부(80)는 수직구동부(33)를 제어하여 레이저 주사수단(30)과 코팅층(50) 사이의 이격거리를 변화시켜 코팅층(50)에 주사되는 레이저광의 폭과 코팅층(50)에 주사되는 레이저광의 출력을 조절하게 된다. 또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 제어부(80)는 초점조절부(34)를 제어한다. 따라서, 초점조절부(34)는 제어부(80)의 제어신호에 의해 레이저집속부를 이동시켜 레이저집속부와 레이저발생부(31) 사이의 이격거리를 변화시켜 레이저의 초점을 조절하게 된다.
그리고, 레이저를 주사하여 구리로 환원, 소결한 후에, 레이저가 주사되지 않은 코팅층(50)을 제거하게 된다(S40). 도 3d는 본 발명의 일실시예에 따른 세척제 분사기(70)에 의해 세척제인 탈이온수(2)를 분사시켜 코팅층(50)이 제거된 미세 구리배선의 부분 단면도를 도시한 것이다. 따라서, 제거단계 후에 레이저가 주사된 부분(구리로 환원, 소결된 부분)만이 남게 되어 미세 구리배선(60)을 형성하게 된다. 이러한 제거 공정은 탈이온수(2)를 이용한 세척 작업으로 수행하게 된다. 세척은 탈이온수(2)를 이용하여 레이저가 주사되지 않은 코팅층(50) 영역을 제거하게 된다.
이러한 제거 공정은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용한 미세 구리배선 제조장치(100)의 제거수단을 이용하여 수행될 수 있다. 기판(40) 자체를 탈이온수(2)에 담가서 제거하는 것보다 탈이온수(2)를 분사시켜 제거하는 것이 바람직하다. 따라서, 제거수단은 탈이온수 분사기(70) 등으로 구비되어, 탈이온수(2)를 분사시켜 소결된 미세 구리배선(60)을 제외한 나머지를 제거시키게 된다.
이러한 제거작업에서 레이저가 주사되지 않은 코팅층(50)이 제거될 뿐만 아니라, 폴리올 공정에서, 환원제는 도 4에 도시된 바와 같이, 글리콜릭산(glycolic acid) 수용액 형태가 되므로, 제거작업에 의해 같이 제거되게 된다.
마지막으로, 코팅층(50)이 제거된 기판(40)을 건조하는 단계를 실행하게 된다(S50). 건조단계는 상온에서 약 30분 정도 자연건조시킬 수도 있고, 별도의 건조수단을 적용하여 열을 인가함으로써 보다 빠르게 건조시킬 수도 있다. 건조단계는 앞서 설명한 제거단계에서 사용된 탈이온수에 따른 물기를 제거하는 단계에 해당한다.
또한, 이러한 미세 구리배선(60)을 형성하는 방법에서 설명된 단계는 구리 파티클의 산화가 발생되지 않으므로 공정 환경을 진공이나 불활성 상태에서 진행할 필요가 없다. 따라서, 보다 신속하고, 경제적으로 미세 구리배선(60)을 레이저를 주사하는 것만으로 환원, 소결, 패터닝 작업을 동시에 가능하게 한다.
1:레이저광
2:탈이온수
10:기판설치부
20:몸체
30:레이저 주사수단
31:레이저발생부
32:이동수단
33:수직구동부
34:초점조절부
40:기판
50:코팅층
60:미세 구리배선
70:분사기
80:제어부
100:레이저를 이용한 미세 구리배선 제조장치
2:탈이온수
10:기판설치부
20:몸체
30:레이저 주사수단
31:레이저발생부
32:이동수단
33:수직구동부
34:초점조절부
40:기판
50:코팅층
60:미세 구리배선
70:분사기
80:제어부
100:레이저를 이용한 미세 구리배선 제조장치
Claims (18)
- 레이저를 이용한 미세 구리배선 제작방법에 있어서,
산화구리로 구성된 CuO 나노 파티클과 환원제를 배합하여 구리잉크를 제조하는 단계;
상기 구리잉크를 기판에 코팅시켜 코팅층을 형성하는 단계;
상기 기판에 코팅된 상기 코팅층에 레이저 광을 주사하여 상기 레이저가 주사된 부분의 상기 코팅층이 구리로 환원 및 소결되는 단계; 및
상기 레이저가 주사되지 않은 상기 코팅층을 제거하여 미세 구리배선을 형성하는 단계를 포함하고
상기 구리잉크를 제조하는 단계에서
상기 구리잉크에 건조제를 더 포함시키는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 미세 구리배선 제작방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 구리잉크를 제조하는 단계에서,
상기 구리잉크에 계면활성제를 더 포함시키는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 미세 구리배선 제작방법. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 코팅층을 형성하는 단계 후에,
상기 건조제를 증발시켜 상기 코팅층을 건조시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 미세 구리배선 제작방법. - 청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.제 1 항에 있어서,
상기 코팅층을 형성하는 단계에서,
상기 기판은 유연기판인 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 미세 구리배선 제작방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 미세 구리배선을 형성하는 단계에서,
상기 레이저가 주사되지 않은 상기 코팅층에 세척제를 분사시켜 상기 코팅층을 제거하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 미세 구리배선 제작방법. - 청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.제 1 항에 있어서,
상기 미세 구리배선을 형성하는 단계에서,
상기 코팅층 제거 후에, 잔류 물기를 제거하는 건조단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 미세 구리배선 제작방법. - 청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.제 1 항에 있어서,
상기 구리로 환원 및 소결되는 단계에서,
상기 레이저가 주사된 코팅층은 구리로 환원, 소결 및 패터닝이 동시에 발생되는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 미세 구리배선 제작방법. - 삭제
- 미세 구리배선을 제조하기 위한 장치에 있어서,
상면이 평평한 기판이 설치되는 기판설치부;
산화구리로 구성된 CuO 나노 파티클과 환원제를 혼합하여 배합된 구리잉크를 상기 기판 상면에 코팅하여 코팅층을 형성시키는 코팅수단;
미세 폭을 갖는 레이저 광을 발생시키고, 상기 기판 상면에 코팅된 상기 코팅층에 상기 레이저 광을 조사하여 상기 레이저가 조사된 상기 코팅층 부분을 구리로 환원 및 소결시키는 레이저 주사수단;
상기 레이저 주사수단을 상기 기판과 소정간격을 유지하여 이동시키는 이동수단; 및
상기 레이저가 주사되지 않는 상기 코팅층을 제거하기 위한 제거수단을 포함하고,
상기 레이저 주사수단은,
레이저광을 발생시키는 레이저 발생부와 상기 레이저 발생부에서 발생된 레이저광의 초점을 조절하는 초점조절부를 더 포함하고,
상기 레이저 광이 주사된 코팅층은 구리로 환원, 소결 및 패터닝이 동시에 발생되는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 미세 구리배선 제조장치. - 제 10 항에 있어서,
상기 구리잉크는 계면활성제 및 건조제 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 미세 구리배선 제조장치. - 삭제
- 제 10 항에 있어서,
상기 이동수단의 이동속도와 이동 방향을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 미세 구리배선 제조장치. - 제 13 항에 있어서,
상기 제어부는
상기 초점조절부를 제어하여 상기 코팅층에 조사되는 상기 레이저의 폭을 조절하고, 상기 레이저 발생부를 제어하여 상기 코팅층에 주사되는 상기 레이저 광의 출력을 조절하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 미세 구리배선 제조장치. - 청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.제 10 항에 있어서,
상기 코팅수단은 스핀코팅기, 롤코팅기, 스프레이코팅기 또는 블레이팅 코팅기인 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 미세 구리배선 제조장치. - 제 10 항에 있어서,
상기 제거수단은 상기 코팅층에 세척제를 분사시켜 상기 레이저가 조사되지 않은 코팅층을 제거하는 세척제 분사기로 구성되는 특징으로 하는 레이저를 이용한 미세 구리배선 제조장치. - 제 10 항에 있어서,
상기 코팅수단에 의해 상기 기판에 상기 코팅층을 형성한 후에, 수분을 제거하고, 상기 제거수단에 의해 상기 레이저가 주사되지 않은 상기 코팅층을 제거한 후에 수분을 제거시키는 건조수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 미세 구리배선 제조장치. - 삭제
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| KR20170098567A (ko) * | 2016-02-22 | 2017-08-30 | 주식회사 엘지화학 | 레이저 직접 구조화용 핵형성제, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 전도성 구리 박막 패턴의 제조방법 |
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