KR20050078280A - 고분자 몰드를 이용한 미세 패턴 형성 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고분자 몰드를 이용하여 기판 상에 형성된 박막을 선택적으로 박리 및 잔류시키는 기법을 통해 기판 상에 고분자 유기물의 미세 패턴을 형성할 수 있도록 한다는 것으로, 이를 위하여 본 발명은, 고분자의 젖음 성질을 이용하거나 혹은 건식 식각 방식을 이용하여 기판 상에 원하는 미세 패턴을 형성하는 종래 방식과는 달리, 양각 부분과 음각 부분으로 된 임의의 패턴을 갖는 몰드를 고분자 유기물 박막이 형성된 기판 상에 기 설정된 소정의 압력으로 가압 접촉시키고, 유리 전이 온도 이상의 고온에서 열처리 공정을 수행한 후 몰드의 양각 부분에 맞닿는 고분자 유기물만을 선택적으로 박리시키는 방식으로 기판 상에 고분자 박막의 미세 패턴을 형성함으로써, 제품의 생산성 및 신뢰도를 대폭적으로 증진시킬 수 있고, 고온과 압력을 이용하여 기판 상에 고분자의 미세 패턴을 형성함으로써 보다 신속한 제조 공정을 실현할 수 있으며, 접촉에 의한 방식을 이용함으로써 대면적에서의 공정을 쉽게 실현할 수 있을 뿐만 아니라 간소화된 제조 공정으로 인해 제조 비용의 획기적인 절감을 도모할 수 있는 것이다.

Description

고분자 몰드를 이용한 미세 패턴 형성 방법{METHOD FOR FORMING MICRO-PATTERN BY USING POLYMER MOLD}

본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고분자 몰드를 이용하여 기판 상에 박막의 미세 패턴을 형성하는데 적합한 미세 패턴 형성 기법에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 전자 소재 분야에서 고분자 혹은 저분자 유기물들은 현재의 무기물 재료들을 대체하기 위해 꾸준하게 연구되고 있으며, 그 가능성 또한 점진적으로 현실화되고 있는 실정이다.

한편, 저분자 물질(유기물)의 경우 PDMS를 이용하여 뜯어내는(박리시키는) 방식의 패터닝은 쉬우나 분자들 내의 응집력이 약하고 박막이 쉽게 손상될 수 때문에 습식 식각 마스크로의 역할에는 적합하지가 못하다. 이에 반해, 고분자 박막은 일정 두께 이상이 되면 식각 용액에 대하여 충분히 내성을 갖기 때문에 습식 식각을 위한 마스크로의 사용이 가능하다.

그러나, 고분자 박막의 경우 분자들끼리의 응집력이 상당히 커 기판에서 전면적을 뜯어낸다는(박리시킨다는) 것이 매우 어렵기 때문에 현재까지도 고분자 박막을 기판에서 뜯어내는 기법에 대한 시도가 거의 이루어지지 않고 있는 실정이다.

따라서, 종래에는 고분자 박막에 대해 감광성 물질을 이용하여 기판이 드러나게 하는 방식이 주로 사용되고 있으나, 이러한 방식의 경우 제조 공정(코팅, 노광, 현상 등)이 복잡할 뿐만 아니라 경제적인 측면에서 비용소요가 커지게 되는 문제가 있다.

이에 대응하기 위하여, 고분자의 젖음 성질을 이용하여 기판을 드러나게 하는 방식이 시도되고 있으나, 이러한 방식의 경우 대면적으로의 적용에 기술적인 한계가 따르는 문제가 있으며, 또한 박막 상태의 고분자를 이용하지 않을 경우 기포가 생기는 결함이 발생하여 제품의 신뢰도를 확보할 수 없다는 문제가 있다.

또한, 기판 위에 고분자를 성형하는 방법으로서, 건식 식각을 이용하여 원하는 패턴을 기판으로 전사하는 방식을 사용하고는 있으나, 이러한 방식 또한 제조 공정(코팅, 노광, 현상 등)이 복잡하다는 문제가 있으며, 더욱이 습식 식각 방식에 비해 값비싼 장비들을 사용해야만 하기 때문에 습식 식각 방식에 비해 더욱 비용 상승이 초래되는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기 설정된 가압 조건에서 고분자 몰드를 이용하여 기판 상에 형성된 고분자 유기물 박막을 선택적으로 박리 및 잔류시키는 기법을 통해 기판 상에 고분자 유기물의 미세 패턴을 형성할 수 있는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 양각 부분과 음각 부분으로 된 임의의 패턴을 갖는 몰드를 이용하여 기판 상에 미세 패턴을 형성하는 방법으로서, 상기 기판 상에 고분자 유기물 박막을 형성하는 과정과, 상기 몰드의 패턴 면을 상기 고분자 유기물 박막 상에 밀착 접촉시키는 과정과, 기 설정된 소정의 온도 조건에서 상기 몰드에 기 설정된 소정의 압력을 가하는 과정과, 상기 몰드를 탈거하여 상기 양각 부분에 접착된 상기 고분자 유기물 박막만을 상기 기판으로부터 선택적으로 박리시킴으로써, 상기 기판 상에 고분자 유기물의 미세 패턴을 형성하는 과정을 포함하는 고분자 몰드를 이용한 미세 패턴 형성 방법을 제공한다.

본 발명의 상기 및 기타 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 본 발명의 바람직한 실시 예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.

먼저, 본 발명의 핵심 기술요지는, 고분자의 젖음 성질을 이용하거나 혹은 건식 식각 방식을 이용하여 기판 상에 원하는 미세 패턴을 형성하는 전술한 종래 방식과는 달리, 양각 부분과 음각 부분으로 된 임의의 패턴을 갖는 몰드를 고분자 유기물 박막이 형성된 기판 상에 기 설정된 소정의 압력으로 가압 접촉시키고, 유리 전이 온도 이상의 고온에서 열처리 공정을 수행한 후 몰드의 양각 부분에 맞닿는 고분자 유기물만을 선택적으로 박리시키는 방식으로 기판 상에 박막의 미세 패턴을 형성한다는 것으로, 이러한 기술적 수단을 통해 본 발명에서 목적으로 하는 바를 쉽게 달성할 수 있다.

본 발명에 따른 미세 패턴 형성 방법은, 기판 상에 형성하고자 하는 미세 패턴 물질로서 고분자 유기물 박막을 이용하고, 고분자 몰드를 고분자 유기물 박막 상에 밀착 접촉한 후 기 설정된 소정의 압력을 가하며, 또한 유리 전이 온도보다 상대적으로 높은 온도(예를 들면, 200 - 250℃) 조건에서 열처리 공정을 수행한다.

또한, 본 발명의 미세 패턴 형성 방법에서는, 임의의 패턴을 갖는 고분자 몰드를 직접 사용하지 않고, 고분자 유기물 박막과의 접착력이 상대적으로 우수한 MINS 박막을 매개체로 사용하는 점에 특징을 갖는다. 여기에서, MINS 박막은 고분자 유기물 박막에 대해 적어도 기판보다는 상대적으로 좋은 접착력을 갖는 것으로, polyurethane 계통의 복합 물질을 의미한다.

도 1a 내지 1c는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 고분자 몰드를 이용하여 기판 상에 고분자 유기물의 미세 패턴을 형성하는 과정을 도시한 공정 순서도이다.

도 1a를 참조하면, 양각 부분(106a)과 음각 부분(106b)으로 된 임의의 패턴을 갖는 MINS 몰드(106)와 패턴 면의 대향 면에 맞닿는 PDMS 몰드(108)를 준비하고, 진공 증착 등의 공정을 수행하여 기판(102) 상에 고분자 유기물 박막(104)을 형성한다. 여기에서, MINS 몰드(106)는 PET 필름에 MINS 물질이 덮여 있는 형태로 준비된다.

통상적인 박막 분리 공정에서는 몇 가지 분자간의 힘에 의해 박막 분리가 결정되는데, 이때 접착력과 응집력이 박막 분리를 좌우하는 주요한 파라미터가 된다. 여기에서, 기판과 고분자 유기물 박막과의 접착력보다 고분자 유기물 박막과 몰드와의 접착력이 좋아야 박막 분리가 가능하며, 또한 고분자의 응집력이 이러한 접착력에 의한 분리를 충분히 견뎌낼 수 있어야하는 조건이 필요하다. 이러한 조건들을 만족시킬 때 박막 분리 공정이 가능해진다.

따라서, 본 발명에서는 고분자 유기물 박막에 대해 PDMS 몰드보다 상대적으로 접착력이 좋은 MINS 몰드를 기판으로부터 고분자 유기물 박막을 선택적으로 박리시키는 매개체로 이용하며, 기판의 전면에 고르게 압력을 가하기 위하여 PDMS 몰드(108)를 이용한다.

이어서, 도 1a에 도시된 바와 같이, MINS 몰드(106)의 패턴 면을 고분자 유기물 박막(104) 상에 밀착 접촉시키는데, 이를 통해 MINS 몰드(106)의 양각 부분(106a)만이 고분자 유기물 박막(104) 상에 선택적으로 접촉된다.

다음에, PDMS 몰드(108)를 통해 일정한 정도의 압력을 가하게 되면, 일 예로서 도 1b에 도시된 바와 같이, 고분자 유기물 박막(104)의 일부가 MINS 몰드(106)를 통해 고르게 분산되어 전달되는 압력에 의해 MINS 몰드(106)의 음각 부분(106b)으로 밀려 올라가게 된다. 즉, MINS 몰드(106)의 양각 부분(106a)에 대향하는 고분자 유기물 박막(104)의 일부가 MINS 몰드(106)의 음각 부분(106b)으로 이동하게 된다. 이때, 압력을 가함과 동시에 유리 전이 온도 이상의 고온의 열처리 공정을 수행하게 되는데, 열처리 공정의 온도 조건은 고분자의 종류에 따라 다르지만, 예를 들어 고분자가 노보락이나 감광성 고분자 또는 폴리스티렌 등이라고 가정할 때 대략 200 내지 250℃ 정도가 될 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기한 고분자들뿐만 아니라 PAA(polyacrylamide), PMMA(polymethylmethacrylate), PVA(polyvinyl alcohol), PVP(poly(4-vinyl pyridine)) 등의 고분자 물질에도 적용 가능함은 물론이며, 공정 온도 조건은 고분자 물질의 종류에 따라 적절하게 조절하면 된다.

이어서, 냉각 공정을 통해 기판(102)을 식힌 후에 MINS 몰드(106)를 기판(102)으로부터 탈거하는데, 이때 MINS 몰드(106)의 양각 부분(106a)에 맞닿아 있던 고분자 유기물 박막(104b)은 MINS 몰드(106)의 양각 부분(106a)에 접착되어 기판(102)으로부터 박리되고, 양각 부분(106a)이 아닌 음각 부분(106b)에 대향하는 부분에 있던 고분자 유기물 박막은 기판(102) 상에 그대로 잔류하게 되며, 이를 통해, 일 예로서 도 1c에 도시된 바와 같이, 기판(102) 상에 목표로 하는 고분자 유기물의 미세 패턴(104a)을 완성한다.

따라서, 본 실시 예에 따르면, 임의의 패턴을 갖는 MINS 몰드와 간단한 열처리 공정을 통해 기판 상에 목표로 하는 고분자 유기물의 미세 패턴, 예를 들면 수 미크론 내지 수백 미크론 정도의 미세 패턴을 기판 상에 형성할 수 있다.

한편, 본 실시 예에 따라 기판(102) 상에 형성된 고분자 유기물의 미세 패턴(104a)은 기판 상에 임의의 박막 패턴을 형성하는데 이용되는데, 이러한 박막 패턴의 형성은 부가적 방법(증착 방법) 또는 감쇄적 방법(식각 방법)으로 가능하다.

여기에서, 부가적 방법은 증착 공정을 수행하여 미세 패턴이 형성된 기판 상에 임의의 증착 물질을 형성하고, 다시 미세 패턴을 제거함으로써 미세 패턴이 형성되어 있지 않았던 영역에만 선택적으로 원하는 박막 패턴을 형성하는 기법이고, 감쇄적 방법은 기판 상에 형성된 미세 패턴을 식각 마스크로 하여 식각 공정(예를 들면, 습식 식각 공정)을 수행한 후 잔류하는 미세 패턴을 제거함으로써 기판 상에 원하는 박막 패턴을 형성하는 기법이다.

다음에, 본 발명의 발명자들은 본 발명에 따라 기판 상에 고분자 유기물의 미세 패턴이 형성되는 지에 대한 실험을 하였으며, 그 결과는 도 2 내지 도 7에 도시된 바와 같다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 기판 상에 형성된 고분자 유기물의 미세 패턴에 대한 SEM 사진이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 기판 상에 형성된 고분자 유기물의 미세 패턴 측면에 대한 SEM 사진이다.

본 발명의 발명자들은 도 2 및 도 3의 실험 결과를 통해 다양한 모양의 고분자 성형이 가능함을 알 수 있었으며, 또한 고분자 필름과 기판이 분리되고 MINS 몰드가 접촉된 부분의 고분자 필름이 확실하게 제거됨을 알 수 있었다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 금속 물질 위에 형성된 고분자 유기물과 습식 식각된 금속 박막의 미세 패턴 측면에 대한 SEM 사진이고, 도 5는 도 4에 도시된 고분자 유기물의 미세 패턴을 이용하여 하부의 금속 물질을 선택적으로 식각한 후 잔류 고분자 유기물의 미세 패턴을 제거한 상태의 측면에 대한 SEM 사진이다.

본 발명의 발명자들은 도 4 및 도 5의 실험 결과를 통해 금속 박막 위에 고분자 패턴을 형성하여 식각 마스크로 사용할 수 있으며, 고분자 패턴을 식각 마스크로 하는 식각 공정을 통해 하부의 금속 박막을 선택적으로 식각한 후 고분자 패턴을 제거함으로써 원하는 금속 패턴을 형성할 수 있음을 알 수 있었다.

도 6은 본 발명의 실험 예에 따라 원형과 사각형 부분에 고분자 유기물의 미세 패턴을 선택적으로 형성한 상태를 촬상한 사진이고, 도 7은 도 6에 도시된 고분자 유기물의 미세 패턴을 이용하여 하부막을 선택적으로 식각한 후 잔류 고분자 유기물의 미세 패턴을 제거한 상태를 촬상한 사진이다.

본 발명의 발명자들은 도 6 및 도 7의 실험 결과를 통해서도 몰드를 통해 고분자를 기판으로부터 선택적으로 분리(박리)하여 고분자 패턴을 형성하고, 고분자 패턴을 이용하는 식각 공정을 통해 하부막을 선택적으로 제거하여 기판 상에 원하는 패턴을 쉽게 형성할 수 있음을 알 수 있었다.

따라서, 본 발명에 따른 미세 패턴 형성 방법은, 고분자의 젖음 성질 또는 건식 식각 방식을 이용하는 기존의 방법이 아닌, PDMS 몰드와 MINS 몰드를 이용하여 고분자 유기물 박막을 기판으로부터 선택적으로 떼어내는(박리시키는) 방식으로 기판 상에 목표로 하는 고분자 유기물의 미세 패턴을 형성하기 때문에 기판 상에 형성된 고분자 유기물의 미세 패턴에 대해 어떠한 손상을 주지 않으면서 원하는 패턴을 형성할 수 있어 제품의 생산성 및 신뢰도를 대폭적으로 증진시킬 수 있으며, 고분자 유기물의 미세 패턴을 이용하는 간소화된 공정의 부가적 방법 또는 감쇄적 방법을 수행하여 기판 상에 원하는 패턴을 갖는 박막 패턴을 손쉽게 형성할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 미세 패턴 형성 방법은, 고온과 약간의 압력을 이용하여 기판 상에 고분자의 미세 패턴을 형성하기 때문에 보다 신속한 공정의 실현이 가능하고, 접촉에 의한 방식을 이용하기 때문에 대면적에서의 공정 또한 쉽게 실현할 수 있는 장점을 가질 뿐만 아니라 간소화된 제조 공정으로 인해 제조 비용의 획기적인 절감을 도모할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 고분자의 젖음 성질을 이용하거나 혹은 건식 식각 방식을 이용하여 기판 상에 원하는 미세 패턴을 형성하는 전술한 종래 방식과는 달리, 양각 부분과 음각 부분으로 된 임의의 패턴을 갖는 몰드를 고분자 유기물 박막이 형성된 기판 상에 기 설정된 소정의 압력으로 가압 접촉시키고, 유리 전이 온도 이상의 고온에서 열처리 공정을 수행한 후 몰드의 양각 부분에 맞닿는 고분자 유기물만을 선택적으로 박리시키는 방식으로 기판 상에 고분자 박막의 미세 패턴을 형성함으로써, 제품의 생산성 및 신뢰도를 대폭적으로 증진시킬 수 있고, 고온과 압력을 이용하여 기판 상에 고분자의 미세 패턴을 형성함으로써 보다 신속한 제조 공정을 실현할 수 있으며, 접촉에 의한 방식을 이용함으로써 대면적에서의 공정을 쉽게 실현할 수 있을 뿐만 아니라 간소화된 제조 공정으로 인해 제조 비용의 획기적인 절감을 도모할 수 있다.

도 1a 내지 1c는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 고분자 몰드를 이용하여 기판 상에 고분자 유기물의 미세 패턴을 형성하는 과정을 도시한 공정 순서도,

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 기판 상에 형성된 고분자 유기물의 미세 패턴에 대한 SEM 사진,

도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 기판 상에 형성된 고분자 유기물의 미세 패턴의 측면에 대한 SEM 사진,

도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 금속 물질 위에 형성된 고분자 유기물과 습식 식각된 금속 박막의 미세 패턴 측면에 대한 SEM 사진,

도 5는 도 4에 도시된 고분자 유기물의 미세 패턴을 이용하여 하부의 금속 물질을 선택적으로 식각한 후 잔류 고분자 유기물의 미세 패턴을 제거한 상태의 측면에 대한 SEM 사진,

도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 원형과 사각형 부분에 고분자 유기물의 미세 패턴을 선택적으로 형성한 상태를 촬상한 사진,

도 7은 도 6에 도시된 고분자 유기물의 미세 패턴을 이용하여 하부막을 선택적으로 식각한 후 잔류 고분자 유기물의 미세 패턴을 제거한 상태를 촬상한 사진.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

102 : 기판 104 : 고분자 유기물 박막

106 : MINS 몰드 106a : 양각 부분

106b : 음각 부분 108 : 고분자 몰드

Claims (5)

1. 양각 부분과 음각 부분으로 된 임의의 패턴을 갖는 몰드를 이용하여 기판 상에 미세 패턴을 형성하는 방법으로서,

   상기 기판 상에 고분자 유기물 박막을 형성하는 과정과,

   상기 몰드의 패턴 면을 상기 고분자 유기물 박막 상에 밀착 접촉시키는 과정과,

   기 설정된 소정의 온도 조건에서 상기 몰드에 기 설정된 소정의 압력을 가하는 과정과,

   상기 몰드를 탈거하여 상기 양각 부분에 접착된 상기 고분자 유기물 박막만을 상기 기판으로부터 선택적으로 박리시킴으로써, 상기 기판 상에 고분자 유기물의 미세 패턴을 형성하는 과정

   을 포함하는 고분자 몰드를 이용한 미세 패턴 형성 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 몰드는, 상기 고분자 유기물 박막에 대해 적어도 상기 기판보다 상대적으로 큰 접착력을 갖는 것을 특징으로 하는 고분자 몰드를 이용한 미세 패턴 형성 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 고분자 유기물 박막은, 노보락, 감광성 고분자, 폴리스티렌, PAA(polyacrylamide), PMMA(polymethylmethacrylate), PVA(polyvinyl alcohol), PVP(poly(4-vinyl pyridine)) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 고분자 몰드를 이용한 미세 패턴 형성 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 온도 조건은, 유리 전이 온도보다 적어도 높은 온도 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 고분자 몰드를 이용한 미세 패턴 형성 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 온도 조건은, 200 내지 250℃의 온도 범위인 것을 특징으로 하는 고분자 몰드를 이용한 미세 패턴 형성 방법.