KR101481464B1 - 금속 패턴 형성 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속 패턴 형성 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 반도체의 포토 리소그래피(photo lithography) 공정에 있어 금속 막의 식각을 위한 에칭(etching) 공정 및 포토 레지스트(Photo Resist: PR) 제거 공정을 생략한 금속 패턴 형성 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 반도체의 포토 리소그래피(photo lithography) 공정에 있어 에칭(etching) 공정 및 포토 레지스트(Photo Resist: PR) 제거 공정을 생략함으로써, 에칭 공정에 수반되는 환경 유해 물질의 배출을 억제하여 친환경적 금속 패턴 형성 공정을 구현할 수 있고 나아가 공정 절차의 단순화를 통해 대량 생산에 유리할 수 있다. 또한, 상기 포토 레지스트 패턴 구조물을 별도로 제거하지 않고 위 포토 레지스트 패턴 구조물을 금속 패턴의 절연 재료로 활용함으로써 간편한 방식으로 금속간 절연효과가 우수한 패턴을 형성할 수 있다.

Description

금속 패턴 형성 방법{A method of forming a metal patterns}
본 발명은 금속 패턴 형성 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 반도체의 포토 리소그래피(photo lithography) 공정에 있어 금속 막의 식각을 위한 에칭(etching) 공정 및 포토 레지스트(Photo Resist: PR) 제거 공정을 생략한 간소화된 금속 패턴 형성 방법에 관한 것이다.
반도체의 포토 리소그래피(photo lithography) 공정은 반도체 기판의 표면에 사진 인쇄 기술을 써서 집적 회로, 부품, 박막 회로, 프린트 배선 등과 관련된 금속 패턴을 형성하는 기법으로, 통상 감광제 공정(photo resist process) 및 에칭 공정(etching process)을 포함하여 수행된다.
상기 감광제 공정(photo resist process)은 광의 조사로 화학적 성질이 변화하는 고분자 재료인 포토 레지스트(Photo Resist: PR)의 특성을 이용하여 가공 대상 금속 층에 소정의 포토 레지스트 패턴을 형성하는 공정이며, 상기 에칭 공정(etching process)은 위 감광막 프로세스를 통해 형성된 포토 레지스트 패턴을 이용하여 위 포토 레지스트 패턴이 피복되지 않은 금속 층을 부분적으로 제거하고(pattern etching), 나아가 포토 레지스트 패턴을 제거(PR strip)함으로써 최종 금속 패턴을 형성하는 공정이다.
도 1의 (a) 내지 (d)는 종래의 에칭 공정을 통한 금속 패턴 형성 과정을 나타내는 도면이다.
도 1의 (a)는 기판(101) 상에 가공 대상 금속 층(103)이 형성된 형상을 나타내고, 도 1의 (b)는 전술한 감광제 공정을 통해 포토 레지스트 패턴(105)이 위 가공 대상 금속 층(103)에 형성된 것을 나타내며, 도 1의 (c)는 위 포토 레지스트 패턴(105)을 이용하여 위 포토 레지스트 패턴(105)이 피복되지 않은 금속 층(103)을 제거하는 에칭 공정(pattern etching)의 수행 결과를 나타내고, 도 1의 (d)는 위 에칭 공정 수행 후 잔여 포토 레지스트 패턴(105)을 유기 용제 등을 이용하여 제거하는 박리 공정(PR strip)의 수행 결과를 나타내는 도면이다.
한편, 상기 포토 레지스트 패턴(105)이 형성되지 않은 금속 층(103)을 부분적으로 제거하기 위한 에칭 공정으로 산이나 알칼리 등의 용액을 이용해 위 포토 레지스트 패턴이 형성되지 않은 금속 층을 부식시키는 습식 에칭(wet etching)이 사용되는 경우, 상기 습식 에칭은 포토 레지스트 패턴이 형성되지 않은 금속 층을 부식시키기 위해 위 산이나 알칼리 등의 에칭 용액에 이를 담구는 방식으로 수행됨에 따라 다량의 에칭 용액이 요구되었고 이에 따른 과다 폐수의 발생으로 환경오염 발생의 원인이 되었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 환경 오염 방지 및 반도체의 포토 리소그래피(photo lithography) 공정 절차의 간소화를 위해 위 포토 리소그래피 공정에 있어 에칭(etching) 공정 및 포토 레지스트(Photo Resist: PR) 제거 공정을 생략한 금속 패턴 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 금속 패턴 형성 방법은 (a) 기판 상에 포토 레지스트(photo resist) 패턴을 형성하는 단계, (b) 상기 포토 레지스트 패턴에 수용성 잉크 또는 레진(resin)을 프린팅하는 단계, (c) 상기 포토 레지스트 패턴이 형성된 기판에 금속을 증착하는 단계 및 (d) 상기 수용성 잉크 또는 레진의 세정 공정을 통해 상기 포토 레지스트에 형성된 금속 증착막을 제거하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 (b) 단계는 (b-1) 반응성 이온 에칭(Reactive ion etching) 공정을 통해 상기 포토 레지스트 패턴이 형성된 기판을 표면 처리하는 단계 및 (b-2) 상기 수용성 잉크 또는 레진을 롤러(roller)에 도포하여 상기 포토 레지스트 패턴의 상단 표면에 선택적으로 프린팅하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게 상기 (b-1) 단계는 상기 표면 처리 수행 결과를 평가하기 위해 상기 기판의 접촉각 또는 표면 형태를 측정하는 단계를 더 포함하되, 상기 평가 결과 상기 수용성 잉크 또는 레진을 도포하기 부적합하거나 또는 상기 금속을 증착하기 부적합한 것으로 확인되는 경우 상기 표면 처리를 반복하여 수행할 수 있다.
한편, 상기 (a) 단계는 상기 포토 레지스트 패턴을 4 μm 이상의 두께로 형성할 수 있다.
이때, 상기 (c) 단계는 상기 금속 증착을 스푸터링(sputtering) 공정 또는 스핀 코팅(spin coating) 공정을 통해 수행할 수 있다.
상기 (a) 단계는 유리 재질의 기판상에 투과율 80% 이상의 포토 레지스트 패턴을 형성할 수 있다.
상기 (a) 단계는 상기 포토 레지스트 패턴을 전기 절연 소재로 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 반도체의 포토 리소그래피(photo lithography) 공정에 있어 에칭(etching) 공정 및 포토 레지스트(Photo Resist: PR) 제거 공정을 생략함으로써, 에칭 공정에 수반되는 환경 유해 물질의 배출을 억제하여 친환경적 금속 패턴 형성 공정을 구현할 수 있고 나아가 공정 절차의 단순화를 통해 대량 생산에 유리할 수 있다.
또한, 상기 포토 레지스트 패턴 구조물을 별도로 제거하지 않고 위 포토 레지스트 패턴 구조물을 금속 패턴의 절연 재료로 활용함으로써 간편한 방식으로 금속간 절연효과가 우수한 패턴을 형성할 수 있다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는 첨부도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1의 (a) 내지 (d)는 종래의 에칭 공정을 통한 금속 패턴 형성 과정을 나타내는 도면이다.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 금속 패턴 형성 방법을 나타내는 절차도이다.
도 3의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 반응성 이온 에칭 공정과 관련된 금속 패턴 형상을 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명은 금속 패턴 형성 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 반도체의 포토 리소그래피(photo lithography) 공정에 있어 금속 막의 식각을 위한 에칭(etching) 공정 및 포토 레지스트(Photo Resist: PR) 제거 공정을 생략한 간소한 공정 절차를 따르되, 선택적 표면처리 공정 기술을 바탕으로 양질의 친환경적 금속 패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 금속 패턴 형성 방법을 나타내는 절차도이다.
도 2을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 금속 패턴의 형성 방법은 먼저, 기판(10) 상에 포토 레지스트 패턴(20)을 형성한다(S201).
상기 포토 레지스트 패턴(20)은 가공하려는 금속 패턴을 고려하여 그 형상을 결정할 수 있으며, 상기 포토 레지스트 패턴이 형성되는 기판(10)은 그 상부에 금속 패턴이 형성되어 전자기기에 적용될 수 있는 다양한 형태 및 재질의 소재로 구현할 수 있다. 예컨대, 상기 기판(10)은 알루미나(alumina) 등의 세라믹 기판, 플라스틱 기판, 고분자 플라스틱 필름 등은 물론 소다라임(sodalime) 유리, 파이렉스(pyrex) 유리, 강화 유리 등의 유리 재질의 기판으로도 구현할 수 있다.
구체적으로, 상기 포토 레지스트 패턴(20)의 형성 과정은 기판상에 소정 두께의 포토 레지스트 막을 균일하게 도포하는 과정(PR coating), 상기 포토 레지스트 막을 건조시켜 기판과의 접착도를 증가시키는 과정(soft bake), 형성하려는 포토 레지스트 패턴에 따른 마스크(mask)를 상기 포토 레지스트 막의 상부에 정렬하고 위 마스크를 통해 상기 포토 레지스트 막을 노광하는 과정(mask alignment & exposure), 상기 광 조사로 인해 화학적 성질이 변한 포토 레지스트를 현상액을 사용하여 선택적으로 제거(이때, 노광된 포토 레지스트만 광경화가 발생하여 현상액에 의해 침상하며, 노광되지 않은 포토 레지스트는 현상 처리에도 침상하지 않는다)하는 과정(develop), 상기 제거로 인해 형성되는 포토 레지스트 패턴을 건조시켜 기판과의 접착도를 증가시키는 과정(hard bake)을 통해 수행될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 금속 패턴 형성 방법은 별도의 포토 레지스트 패턴(20) 제거 공정을 생략한 간소화된 금속 패턴 형성 공정의 구현을 위해 위 포토 레지스트는 제작하려는 금속 패턴의 사용 목적에 부합하도록 적절한 투과율을 갖는 유기 재료로 구현할 수 있다. 예컨대 터치 패드, 터치 스크린 등의 투명 금속 전극 패턴 제작 시 유리 재질의 기판상에 80% 이상의 투과율을 갖는 유기 재료를 사용하여 상기 포토 레지스트 패턴을 형성할 수 있다.
상기 S201 단계의 수행을 통해 기판(10) 상에 포토 레지스트 패턴(20)의 형성 과정이 완료되면, 별도의 금속 막 식각을 위한 에칭(etching) 공정 수행 없이 간단한 세정 작업만으로 위 포토 레지스트 패턴의 표면에 형성된 금속 증착막을 제거하기 위해 그 사전 작업으로 위 포토 레지스트 패턴(20)에 선택적으로 수용성 잉크(ink) 또는 레진(resin)을 프린팅(printing) 한다.
이때, 상기 수용성 잉크 또는 레진을 상기 포토 레지스트 패턴(20)의 표면에 효과적으로 도포하여 양질의 금속 패턴을 형성함은 물론 상기 기판 상에 금속 패턴을 안정적으로 접착하기 위해 상기 포토 레지스트 패턴이 형성된 기판의 표면 특성을 개선하기 위한 공정을 상기 수용성 잉크 또는 레진의 프린팅 작업에 앞서 수행할 수 있다.
예컨대, 상기 선택적 표면 처리 공정은 반응성 이온 에칭(Reactive ion etching: RIE) 공정을 통해 상기 포토 레지스트 패턴(20)이 형성된 기판(10)을 표면 처리하는 단계(S203) 및 상기 수용성 잉크 또는 레진을 롤러(roller)에 도포하여 상기 포토 레지스트 패턴(20)의 상단 표면에 선택적으로 프린팅하는 단계(S205)를 포함하여 수행할 수 있다.
상기 반응성 이온 에칭은 ArO2 등 화학적 활성 가스를 플라즈마 상태로 생성하여 위 플라즈마 중 이온의 작용을 통해 포토 레지스트 패턴이 형성된 기판을 식각하는 기법으로, 구체적으로 상기 반응성 이온 에칭은 두 장의 평행한 원판 전극에 플라즈마 발생을 위한 전압을 인가하여 위 포토 레지스트 패턴이 형성된 기판에 수직 전계를 형성하고, 위 수직 전계의 작용으로 플라즈마 중의 이온을 가속하며, 가속된 이온의 화학 작용과 운동 에너지 양자를 이용하여 기판 면에 수직한 방향으로만 식각이 진행되는 이른바 이방성 에칭을 구현할 수 있다.
본 발명의 실시예를 통한 금속 패턴 형성 방법에서 포토 레지스트 패턴(20)이 형성된 기판(10)에 금속을 증착하기 전 위 포토 레지스트 패턴(20)이 형성된 기판(10)을 반응성 이온 에칭을 통해 식각 함으로써, 상기 포토 레지스트 패턴(20)의 상부 표면적을 증가시켜 상기 수용성 잉크 또는 레진을 위 포토 레지스트 패턴의 상부에 선택적/효과적으로 프린팅할 수 있음은 물론 기판의 표면적을 증가시켜 접착력이 우수한 금속 패턴을 형성할 수 있다. 또한 상기 반응성 이온 에칭을 통해 기판에 수직한 방향으로만 식각 함으로써 양질의 금속 패턴 형성을 도모할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 반응성 이온 에칭 공정과 관련된 금속 패턴 형상을 나타내는 도면이다.
도 3의 (a)는 반응성 이온 에칭 공정을 거치지 않고 형성된 금속 패턴의 형상을 나타내며, 도 3의 (b)는 반응성 이온 에칭 공정을 거쳐 형성된 금속 패턴의 형상을 나타낸다.
도 3의 (a) 및 (b)를 참조하면, 도 3의 (a)에 나타낸 포토 레지스트 패턴(20)과 금속 패턴(30)의 경계 부분(301)을 확대하여 표시한 부분(303)과 도 3의 (b)에 나타낸 포토 레지스트 패턴(20)과 금속 패턴(30)의 경계 부분(311)을 확대하여 표시한 부분(313)을 비교하여 보면, 반응성 이온 에칭을 거치지 않은 경우 포토 레지스트 패턴(20)과 금속 패턴(30)의 경계 부분(301)이 불균일/불규칙하게 형성된 것에 비해 반응성 이온 에칭을 거친 경우 포토 레지스트 패턴(20)과 금속 패턴(30)의 경계 부분(301)이 균일하게 형성된 것을 확인할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 금속 패턴 형성 방법에서 반응성 이온 에칭 공정을 통해 기판 면에 수직한 방향으로 포토 레지스트 패턴(20)이 형성된 기판(10)을 식각 함으로써 포토 레지스트 패턴(20)과 금속 패턴(30)간 균일한 경계면을 형성할 수 있어 보다 양질의 금속 패턴을 제작할 수 있다.
또한, 기판(10) 상에 포토 레지스트 패턴(20)이 형성되지 않은 부분은 상기 반응성 이온 에칭 공정을 통한 식각 작용으로 인해 표면적이 증가하고, 이로 인해 금속 증착 시 그 접착력이 향상되어 안정적인 금속 패턴을 형성할 수 있다.
이때, 상기 S203 단계는 상기 반응성 이온 에칭 공정 후 그 표면 처리 수행 결과를 평가하기 위해 상기 포토 레지스트 패턴(20)이 형성된 기판(10)의 접촉각 또는 표면 형태의 측정 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 평가 결과 상기 수용성 잉크 또는 레진을 도포하기 부적합한 것으로 확인되는 경우 또는 위 포토 레지스트 패턴이 형성되지 않은 기판상에 금속을 증착하기 부적합한 것으로 확인되는 경우 상기 반응성 이온 에칭 공정을 통한 표면 처리를 반복하여 수행할 수 있다.
상기 접촉각은 정지한 액체 표면이 고체 벽에 접촉되어 액면과 고체면이 이루는 각을 지칭하는 것으로, 포토 레지스트 패턴의 상부 표면 및 위 포토 레지스트 패턴이 형성되지 않은 기판 부분의 위 접촉각 측정을 통해 위 포토 레지스트 패턴의 상부 표면 형태 및 위 포토 레지스트 패턴이 형성되지 않은 기판 부분의 표면 형태를 확인할 수 있고, 이를 통해 포토 레지스트 패턴의 상부 표면에 상기 수용성 잉크 또는 레진 도포시 그 접합 정도 및 위 포토 레지스트 패턴이 형성되지 않은 기판 부분에 금속 증착 시 그 접합 정도를 측정할 수 있다.
이때, 상기 반응성 이온 에칭 공정은 위 공정의 수행으로 인해 포토 레지스트 패턴 및 기판의 손상이 발생하지 않도록 플라즈마 발생 전압의 크기를 적절히 조절하며 수행할 수 있다.
한편, 별도의 금속 막 식각을 위한 에칭(etching) 공정 수행 없이 간단한 세정 작업만으로 위 포토 레지스트 패턴(20)의 표면에 형성된 금속 증착막을 제거하기 위해 그 사전 작업으로 소정 크기의 롤러(40)를 이용하여 위 포토 레지스트 패턴(20)의 상부 표면에 선택적으로 수용성 잉크 또는 레진을 프린팅 할 수 있으며, 이를 위해 상기 롤러(40)는 위 수용성 잉크 또는 레진에 대해 반응하지 않는 소재 예컨대 우레탄 등의 재질로 구현할 수 있다.
이때, 상기 롤러(40)를 이용하여 수용성 잉크 또는 레진을 상기 포토 레지스트 패턴(20)의 상부 표면에 선택적으로 도포하되, 포토 레지스트 패턴(20)이 형성되지 않은 기판(10) 상으로의 침투/흘러내림을 방지하기 위해 위 포토 레지스트 패턴(20)의 두께/높이는 기판(10) 및 대상 금속 패턴의 두께를 고려하여 적절히 선택할 수 있다. 특히, 반도체 금속 전극 패턴 형성의 경우 상기 포토 레지스트(20)의 두께는 4 μm 이상으로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 수용성 잉크 또는 레진은 상기 포토 레지스트 패턴(20)이 형성되지 않은 기판 상으로 침투/흘러내림을 방지하기 위해 저 점도의 수용성 용액으로 구현하는 것이 바람직하다.
전술한 S205 단계의 수행을 통해 포토 레지스트 패턴(20)의 상부 표면에 수용성 잉크 또는 레진의 도포 작업이 완료되면, 금속 패턴 형성을 위해 위 포토 레지스트 패턴(20)이 형성된 기판(10)에 금속을 증착 한다(S207).
상기 S207단계는 구리(Cu), 구리계 합금, 크롬(Cr), 크롬계 합금, 은(Ag),카본(C) 등의 전도성 잉크를 상기 포토 레지스트 패턴이 형성된 기판에 스푸터링(sputtering), electron-beam, thermal evaporation 등의 물리적 증착 기법 또는 스핀 코팅(spin coating) 기법을 통해 증착하는 과정으로 수행할 수 있으며, 이를 통해 포토 레지스트 패턴(20)이 형성되지 않은 굴곡진 영역에는 금속 층이 형성되고 포토 레지스트 패턴(20)의 상부 표면에는 박막 형태의 금속 증착막이 형성될 수 있다.
다음으로, 상기 포토 레지스트 패턴의 상부 표면에 형성된 박막 형태의 금속 증착막을 제거하기 위한 세정 공정을 수행한다(S209).
상기 세정 공정은 물이나 용제를 이용하여 상기 금속 증착 과정을 거친 포토 레지스트 패턴(20)이 형성된 기판(10)을 세정하는 것으로, 위 포토 레지스트 패턴(20)의 상부에 형성된 금속 증착막은 위 포토 레지스트 패턴(20)의 상부 표면에 접촉하여 형성된 수용성 잉크 또는 레진에 의해 상기 세정 공정에 따라 위 수용성 잉크 또는 레진이 씻겨져 나가면서 함께 제거됨으로써 최종 금속 패턴(30)을 형성할 수 있다.
한편, 형성된 금속 패턴(30)간 전기 절연을 위한 별도의 구조물 설치 과정 없이 상기 포토 레지스트 패턴(20)을 전기 절연 소재로 형성함으로써 간편한 방식으로 금속간 절연 효과가 우수한 패턴을 형성할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

Claims (7)

  1. (a) 기판 상에 포토 레지스트(photo resist) 패턴을 형성하는 단계;
    (b) 상기 포토 레지스트 패턴에 수용성 잉크 또는 레진(resin)을 선택적으로 프린팅하는 단계;
    (c) 상기 포토 레지스트 패턴이 형성된 기판에 금속을 증착하는 단계; 및
    (d) 상기 수용성 잉크 또는 레진의 세정 공정을 통해 상기 포토 레지스트에 형성된 금속 증착막을 제거하는 단계를 포함하는 금속 패턴 형성 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    (b-1) 반응성 이온 에칭(Reactive ion etching) 공정을 통해 상기 포토 레지스트 패턴이 형성된 기판을 표면 처리하는 단계; 및
    (b-2) 상기 수용성 잉크 또는 레진을 롤러(roller)에 도포하여 상기 포토 레지스트 패턴의 상단 표면에 선택적으로 프린팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 패턴 형성 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 (b-1) 단계는,
    상기 포토 레지스트 패턴이 형성된 기판에 대하여 수용성 잉크나 레진의 도포 또는 금속의 증착에 대한 적합 여부를 판단을 위해 상기 기판의 접촉각 또는 표면 형태를 측정하여 상기 표면 처리 수행 결과를 평가하는 단계를 더 포함하며,
    상기 평가 결과를 기초로 상기 표면 처리를 반복하여 수행하는 것을 특징으로 하는 금속 패턴 형성 방법.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    상기 금속 증착을 스푸터링(sputtering) 공정 또는 스핀 코팅(spin coating) 공정을 통해 수행하는 것을 특징으로 하는 금속 패턴 형성 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 (a) 단계는,
    유리 재질의 기판상에 투과율 80% 이상의 포토 레지스트 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 금속 패턴 형성 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 (a) 단계는,
    상기 포토 레지스트 패턴을 전기 절연 소재로 형성하는 것을 특징으로 하는 금속 패턴 형성 방법.
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