KR101391807B1 - 잉크젯 프린팅과 나노 임프린팅을 이용한 패턴 형성 방법 - Google Patents

잉크젯 프린팅과 나노 임프린팅을 이용한 패턴 형성 방법 Download PDF

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Abstract

잉크젯 프린팅과 나노 임프린팅을 이용한 패턴 형성 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 패턴 형성 방법은, 잉크젯 헤드를 이용하여 패턴을 형성할 물질을 기판의 표면상에 부분적으로 잉크젯 프린팅하는 단계와, 임프린트 몰드를 사용하여 기판의 표면상에 프린팅된 물질을 임프린팅하여 소정의 패턴을 형성하는 단계를 구비할 수 있다. 그리고, 본 발명에 따른 패턴 형성 방법은, 잉크젯 헤드를 이용하여 패턴을 형성할 물질을 임프린트 몰드에 부분적으로 잉크젯 프린팅하는 단계와, 임프린트 몰드를 사용하여 기판상에 물질을 임프린팅하여 소정의 패턴을 형성하는 단계를 구비할 수 있다. 상기 잉크젯 프린팅 단계에서, 상기 기판의 표면 또는 임프린트 몰드의 패턴의 위치에 따라 적어도 2종의 서로 다른 물질이 도포될 수 있다.

Description

잉크젯 프린팅과 나노 임프린팅을 이용한 패턴 형성 방법{Method of forming pattern by using inkjet printing and nano imprinting}
도 1a 내지 도 1e는 종래의 나노 임프린팅을 이용한 패턴 형성 방법과, 이 방법에서의 문제점을 보여주는 도면들이다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 프린팅과 나노 임프린팅을 이용한 패턴 형성 방법을 단계별로 보여주는 도면들이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 패턴 형성 방법을 보여주는 도면이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 패턴 형성 방법을 단계별로 보여주는 도면들이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110...기판 120,121,122...물질
130...잉크젯 헤드 140...임프린트 몰드
150...패턴 155...잔막
본 발명은 패턴 형성 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 잉크젯 프린팅과 나노 임프린팅을 이용한 패턴 형성 방법에 관한 것이다.
일반적으로 잉크젯 헤드는, 인쇄용 잉크의 미소한 액적(droplet)을 기록매체 상의 원하는 위치에 토출시켜서 소정 색상의 화상으로 인쇄하는 장치이다. 최근, 이러한 잉크젯 헤드는 액정디스플레이(LCD; Liquid Crystal Display), 유기발광다이오드(OLED; Organic Light Emitting Diode) 및 플라즈마 디스플레이 패널(PDP; Plasma Display Panel) 등의 평판 디스플레이 분야, 금속 배선과 저항 등을 포함하는 인쇄회로기판(PCB; Printed Circuit Board) 분야, 그리고 반도체 패키징 분야로 그 응용 범위를 넓혀가고 있다.
그런데, 상기한 잉크젯 헤드를 이용하여 소정의 화상이나 패턴을 형성하는 경우, 구현할 수 있는 패턴의 해상도에 한계가 있는 단점이 있다. 구체적으로, 잉크젯 프린팅 방법에 의하면, 실험실에서조차 10㎛ 이하의 해상도를 구현하기 곤란하고, 실제의 생산 현장에서는 대략 50㎛ 정도의 해상도가 한계인 것으로 알려져 있다.
최근, 물질의 패턴 형성 방법에 있어서 수백 나노미터 이하의 해상도를 구현할 수 있는 방법으로서 나노 임프린트가 이용되고 있다. 나노 임프린트는 미리 패턴이 형성된 몰드를 사용하여 기판상에 그 패턴을 그대로 전사함으로써 소정의 물질 패턴을 형성하는 방법이다.
도 1a 내지 도 1e는 종래의 나노 임프린팅을 이용한 패턴 형성 방법과, 이 방법에서의 문제점을 보여주는 도면들이다.
도 1a를 참조하면, 기판(10)과 미리 형성된 패턴을 가진 임프린트 몰드(20) 를 준비한다. 이어서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 기판(10) 상에 패턴을 형성할 물질(12)을 도포한다. 이때, 상기 물질(12)로는 그 경화 방법에 따라 열경화성 물질이거나 UV(자외선) 경화성 물질이 사용된다. 그리고, 상기 물질(12)은 스핀 코팅 방식에 의해 기판(10)의 표면상에 일정한 두께로 도포된다.
다음으로, 도 1c에 도시된 바와 같이, 상기 임프린트 몰드(20)를 사용하여 기판(10) 상에 도포된 물질(12)을 가압한다. 어어서, 자외선(UV)을 조사하거나 열을 가하여 물질(12)을 경화시킨 후, 몰드(20)를 제거한다.
그러면, 도 1d에 도시된 바와 같이, 기판(10)의 표면상에는 상기 물질(12)로 이루어진 패턴(15)이 형성되고, 상기 패턴(15)의 주변에는 패턴(15)을 형성하고 남는 여분의 물질(12)로 이루어진 잔막(17)이 형성된다.
그런데, 종래의 임프린팅 공정에 있어서는 패턴(15) 주변에 남게 되는 잔막(17)의 두께가 불균일한 문제점이 있다. 이는, 기판(10)의 표면상에 도포된 물질(12)은 전 부분에서 거의 일정한 두께를 있으므로, 패턴(15)이 형성되지 않는 부분에 도포된 물질(12)은 그 대부분이 남아 잔막(17)을 두껍게 형성하기 때문이다.
따라서, 임프린트 공정의 마지막에는 애슁이나 식각 등에 의해 상기 잔막(17)을 제거하게 되는데, 이 과정에서 두꺼운 잔막(17)을 모두 제거하게 되면, 도 1e에 도시된 바와 같이, 기판(10) 상에 최종적으로 형성된 패턴(15)의 두께가 부분적으로 매우 얇아지거나, 심지어 잔막(17)과 함께 부분적으로 완전히 제거되어 버리는 문제점이 발생하게 된다. 이러한 문제점은 기판(10)이 대면적화될수록 더 심각해진다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 특히 잉크젯 프린팅과 나노 임프린팅을 함께 이용하여 패턴의 잔막을 균일화할 수 있는 패턴 형성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 형성 방법은,
잉크젯 헤드를 이용하여 패턴을 형성할 물질을 기판의 표면상에 부분적으로 잉크젯 프린팅하는 단계; 및
임프린트 몰드를 사용하여 상기 기판의 표면상에 프린팅된 물질을 임프린팅하여 소정의 패턴을 형성하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 잉크젯 프린팅 단계에서, 상기 기판의 표면상의 위치에 따라 도포되는 물질의 양과 넓이가 다를 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 잉크젯 프린팅 단계에서, 상기 기판 표면상의 위치에 따라 적어도 2종의 서로 다른 물질이 도포될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 임프린팅 단계는, 상기 임프린트 몰드를 상기 기판쪽으로 가압하여 상기 기판상에 도포된 물질이 상기 임프린트 몰더의 패턴의 오목홈들에 채워지도록 하는 단계와, 상기 물질을 경화시켜 상기 패턴을 형성하는 단계와, 상기 패턴 주변에 남은 잔막을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 물질은 열을 가하거나 자외선을 조사함으로써 경화 될 수 있다.
그리고, 상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 패턴 형성 방법은,
잉크젯 헤드를 이용하여 패턴을 형성할 물질을 임프린트 몰드에 부분적으로 잉크젯 프린팅하는 단계; 및
상기 임프린트 몰드를 사용하여 기판상에 상기 물질을 임프린팅하여 소정의 패턴을 형성하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 잉크젯 프린팅 단계에서, 상기 물질은 상기 임프린트 몰드의 패턴의 오목홈들을 채우도록 부분적으로 도포될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 잉크젯 프린팅 단계에서, 상기 임프린트 몰드의 패턴의 위치에 따라 적어도 2종의 서로 다른 물질이 도포될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 임프린팅 단계는, 상기 임프린트 몰드를 상기 기판쪽으로 가압하여 상기 기판의 표면에 상기 물질이 부착되도록 하는 단계와, 상기 물질을 경화시켜 상기 패턴을 형성하는 단계와, 상기 패턴 주변에 남은 잔막을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 프린팅과 나노 임프린팅을 이용한 패턴 형성 방법을 단계별로 보여주는 도면들이다.
먼저, 도 2a를 참조하면, 기판(110)을 준비한 후, 준비된 기판(110) 상에 패턴을 형성할 물질(120)을 도포한다. 이때, 상기 기판(110)으로는 실리콘 웨이퍼, 금속판, 글라스 기판 또는 플라스틱 기판 등이 사용될 수 있다. 상기 물질(120)은, 그 아래의 기판(110)을 식각하기 위해 사용되는 소정 패턴의 식각 마스크를 형성하고자 하는 경우에는, 이러한 식각 마스크를 형성하기 위한 레진 등일 수 있고, 기판(110) 상에 소정 패턴의 금속 배선 등을 형성하고자 하는 경우에는 그 금속 등을 함유한 물질일 수 있다. 그리고, 상기 물질(120)은 후술하는 경화 방법에 따라 열경화성 물질이거나 UV(자외선) 경화성 물질일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 물질(120)은 잉크젯 헤드(130)를 이용한 잉크젯 프린팅 방법에 의해 도포된다. 이러한 잉크젯 프린팅 방법에 의하면, 상기 물질(120)을 기판(110)의 표면 전체가 아니라 원하는 패턴에 따라 기판(110) 표면에 부분적으로 도포할 수 있다. 그리고, 기판(110)의 표면 중, 일부분에는 많은 양의 물질(120)을 넓게 도포할 수 있고, 다른 부분에는 적은 양의 물질(120)을 좁게 도포할 수 있다.
다음으로, 도 2b에 도시된 바와 같이, 원하는 패턴이 형성된 임프린트 몰드(140)를 상기 기판(110) 상에 위치시킨다.
다음으로, 도 2c에 도시된 바와 같이, 임프린트 몰드(140)를 기판(110)쪽으로 가압하면, 상기 몰드(140)의 패턴의 오목홈(142) 내부에 기판(110) 상에 도포된 물질(120)이 채워지게 된다. 이때, 패턴이 형성될 부위에만 물질(120)이 도포되어 있으므로, 거의 대부분의 물질(120)이 상기 몰드(140)의 패턴의 오목홈(142) 내부 에 채워지게 된다. 따라서, 상기 몰드(140)의 패턴의 돌출면(143)과 기판(110) 사이에 남게 되는 물질(120)의 양은 매우 적게 되고, 몰드(140)의 패턴의 돌출면(143)과 기판(110) 사이의 간격도 종래에 비해 매우 좁아지게 된다.
이어서, 물질(120)의 성질에 따라 자외선(UV)을 조사하거나 열을 가하여 물질(120)을 경화시킨 후, 임프린트 몰드(140)를 제거한다.
그러면, 도 2d에 도시된 바와 같이, 기판(110)의 표면상에는 상기 물질(120)로 이루어진 원하는 패턴(150)이 형성되고, 상기 패턴(150)의 주변에는 종래에 비해 얇고 균일한 두께를 가진 잔막(155)이 남게 된다.
마지막으로, 애슁이나 식각 등에 의해 상기 잔막(155)을 제거한다. 이때, 상기 잔막(155)의 제거와 함께 패턴(150)의 두께도 약간 얇아지게 된다. 그러면, 도 2e에 도시된 바와 같이, 기판(110) 상에는 잔막(155)이 완전히 제거되고 원하는 패턴(150)만 남게 된다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 패턴(150)이 형성되는 과정에서 패턴(150) 주변에 남게 되는 잔막(155)이 매우 얇고 균일한 두께를 가지게 되므로, 이러한 잔막(155)을 제거하는 과정에서 패턴(150)이 손상을 입거나 그 두께가 너무 얇아지게 되는 종래의 문제점이 해소될 수 있다. 특히, 기판(110)의 면적이 넓은 경우에도 매우 얇고 균일한 두께를 가진 잔막(155)이 남을 수 있다. 그리고, 잉크젯 프린팅에 의하면 높은 해상도의 패턴을 구현할 수 없지만, 잉크젯 프린팅과 나노 임프린팅을 함께 이용하면 높은 해상도의 패턴을 구현할 수 있게 된다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 패턴 형성 방법을 보여주는 도면이다.
도 3을 참조하면, 패턴을 형성할 물질(120)은 기판(110)의 표면이 아니라 임프린트 몰드(140)의 패턴에 도포될 수 있다. 이때에도, 물질(120)의 도포는 잉크젯 헤드(130)를 이용한 잉크젯 프린팅 방법에 의해 수행된다. 구체적으로, 상기 물질(120)은 임프린트 몰드(140)의 패턴의 오목홈들(142)을 채우도록 부분적으로 도포된다.
상기한 바와 같이, 물질(120)이 도포된 임프린트 몰드(140)를 기판(110)의 표면쪽으로 가압하여, 기판(110)의 표면상에 상기 물질(120)이 부착되도록 한다.
그 다음 단계들은, 전술한 도 2c 내지 도 2e에 도시된 단계들과 동일하므로, 이 단계들에 대한 설명은 생략한다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 패턴 형성 방법을 단계별로 보여주는 도면들이다. 이하에서 설명되는 패턴 형성 방법은 전술한 실시예들과 거의 동일하다. 다만, 전술한 실시예들에서는 단일의 물질(120)을 사용하여 패턴(150)을 형성하는 것으로 설명되었는데 반하여, 이하에서 설명되는 실시예에서는 서로 다른 2종 이상의 물질(121, 122)을 사용하여 패턴(150)을 형성한다는 점에서 차이가 있다.
먼저, 도 4a를 참조하면, 잉크젯 헤드(130)를 이용한 잉크젯 프린팅에 의해 기판(110) 표면상의 서로 다른 위치에 서로 다른 2 종류의 물질(121, 122)을 도포한다. 한편, 잉크젯 프린팅에 의하면, 기판(110)의 표면상에 위치에 따라 서로 다른 3 종류 이상의 물질도 도포할 수 있다.
다음으로, 도 4b에 도시된 바와 같이, 패턴이 형성된 임프린트 몰드(140)를 기판(110) 쪽으로 가압한 후, 자외선(UV)을 조사하거나 열을 가하여 임프린트 몰드(140)의 패턴의 오목홈(142) 내부에 채워진 물질(121, 122)을 경화시킨다. 이어서, 임프린트 몰드(140)를 제거하고, 형성된 패턴(150) 주변의 잔막(155)을 제거한다.
그러면, 도 4c에 도시된 바와 같이, 기판(110)의 표면상에는 위치에 따라 서로 다른 물질(121, 122)로 이루어진 패턴(150)이 형성된다.
한편, 도 4a에 내지 도 4c에 도시된 실시에는 도 3에 도시된 실시예에도 적용될 수 있다. 즉, 임프린트 몰드(140)의 패턴의 위치에 따라 서로 다른 물질(121, 122)을 프린팅할 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명했지만, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 패턴이 형성되는 과정에서 패턴 주변에 남게 되는 잔막이 매우 얇고 균일한 두께를 가지게 되므로, 이러한 잔막을 제거하는 과정에서 패턴이 손상을 입거나 그 두께가 너무 얇아지게 되는 종래의 문제점이 해소될 수 있다. 그리고, 잉크젯 프린팅에 의하면 높은 해상도의 패턴을 구현할 수 없지만, 잉크젯 프린팅과 나노 임프린팅을 함께 이용하면 높은 해상도의 패턴을 구현할 수 있게 된다. 또한, 본 발명에 의하면, 기판의 표면상의 위치 에 따라 서로 다른 물질로 이루어진 패턴을 형성할 수 있는 장점이 있다.

Claims (10)

  1. 잉크젯 헤드를 이용하여 패턴을 형성할 물질을 기판의 표면상에 부분적으로 잉크젯 프린팅하는 단계; 및
    임프린트 몰드를 사용하여 상기 기판의 표면상에 프린팅된 물질을 임프린팅하여 소정의 패턴을 형성하는 단계;를 구비하며,
    상기 잉크젯 프린팅 단계에서, 상기 기판 표면상의 위치에 따라 적어도 2종의 서로 다른 물질이 도포되는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 잉크젯 프린팅 단계에서, 상기 기판의 표면상의 위치에 따라 도포되는 물질의 양과 넓이가 다른 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 임프린팅 단계는, 상기 임프린트 몰드를 상기 기판쪽으로 가압하여 상기 기판상에 도포된 물질이 상기 임프린트 몰더의 패턴의 오목홈들에 채워지도록 하는 단계와, 상기 물질을 경화시켜 상기 패턴을 형성하는 단계와, 상기 패턴 주변 에 남은 잔막을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 물질은 열을 가하거나 자외선을 조사함으로써 경화되는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  6. 잉크젯 헤드를 이용하여 패턴을 형성할 물질을 임프린트 몰드에 부분적으로 잉크젯 프린팅하는 단계; 및
    상기 임프린트 몰드를 사용하여 기판상에 상기 물질을 임프린팅하여 소정의 패턴을 형성하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 잉크젯 프린팅 단계에서, 상기 물질은 상기 임프린트 몰드의 패턴의 오목홈들을 채우도록 부분적으로 도포되는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 잉크젯 프린팅 단계에서, 상기 임프린트 몰드의 패턴의 위치에 따라 적어도 2종의 서로 다른 물질이 도포되는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 임프린팅 단계는, 상기 임프린트 몰드를 상기 기판쪽으로 가압하여 상기 기판의 표면에 상기 물질이 부착되도록 하는 단계와, 상기 물질을 경화시켜 상기 패턴을 형성하는 단계와, 상기 패턴 주변에 남은 잔막을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 물질은 열을 가하거나 자외선을 조사함으로써 경화되는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
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