KR20080023487A - 전사 인쇄를 이용한 금속 패터닝 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속 박막을 잉크 또는 인주와 같은 방식으로 피전사 기판 상에 전사함으로써 금속 패턴을 형성하는 금속 패턴 형성 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금속 패턴 형성 방법은, 스탬프를 형성하는 단계; 금속박막이 입혀진 패드 기판을 형성하는 단계; 금속 패턴이 전사될 피전사 기판을 형성하는 단계; 상기 스탬프를 상기 패드 기판에 접촉시키는 단계; 및 상기 스탬프로 옮겨진 금속 패턴을 상기 피전사 기판으로 전사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
전사, 잉크, 스탬프, 전사 인쇄, 금속 패터닝

Description

전사 인쇄를 이용한 금속 패터닝 방법 {Metal patterning method using transfer printing}
도1a 내지 도1c는 본 발명에 따른 스탬프 제조 방법을 나타낸다.
도2a 및 도2b는 본 발명에 따른 패드 기판의 제조 방법을 나타낸다.
도3a 및 도3b는 본 발명에 따른 피전사 기판(120) 제조 방법을 나타낸다.
도4a 내지 도4d는 본 발명의 금속 패터닝 방법에 따라, 스탬프(110)에서 피전사 기판(120)으로 금속 박막을 전사하는 방법을 나타낸다.
※도면의 주요 부분에 대한 설명※
101 : 마스터 몰드 102 : 실리콘 폴리머
103 : 실리콘 기판 104 : 산화막
105 : OTS 단층 106 : 알루미늄 박막
107 : 실리콘 기판 108 : 산화막
109 : 접착 향상막 110 : 패드 기판
120 : 피전사 기판
본 발명은 금속 잉크판을 이용하여 금속을 패터닝하는 방법에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명은 금속 박막을 잉크 또는 인주와 같은 방식으로 피전사 기판 상에 전사함으로써 금속 패턴을 형성하는 금속 패턴 형성 방법에 관한 것이다.
지금까지 반도체 공정이나 전자소자의 제조에서 금속전극을 패턴닝 할 때 일반적으로 노광 (lithography)공정과 식각 (etching)공정을 주로 사용하여 왔는데, 나노미터 크기의 소자들을 제작하기 위해서는 종래의 노광 공정과 식각 공정 방식으로는 기술적, 경제적인 한계를 가지고 있어 새로운 금속 패터닝 기술이 절실하게 요구되고 있다.
종래의 포토리소그래피 방법에서는 탑-다운(top-down) 방식으로 패터닝하고자 하는 금속의 일정부분을 제거하면서 미세구조를 만드는 것이었으나, 최근 주목받고 있는 나노 임프린트는 금속을 적층해 나가는 바텀-업(bottom-up) 방식으로서, 나노 미터 단위의 금속 패터닝을 위해서는 바텀-업 방식이 바람직하다.
반도체 산업의 발전에 따라 반도체 소자의 초고집적화에 대한 요구는 더욱 더 작은 크기의 패터닝 기술을 필요로 하게 되었다. 지금의 포토리소그래피(photolithography)의 경우 패터닝의 최소 한계가 100 nm 수준으로 그 한계점이 드러나고 있다. 100 nm 이하의 패터닝을 구현하기 위해서는 초고가의 노광 장비가 요구된다.
나노미터 크기의 고해상도 전사법 개발을 위해서는 광학 전사법에 사용하는 광원의 파장이 짧아져야 하는데 단파장의 광원을 사용할 경우 포토레지스트(photoresist) 막의 두께가 매우 얇고 균일해야 한다. 하지만 기존에 감광저항제로 사용되는 고분자들을 균열없이 잘 입히기 위해서는 적어도 마이크론 이상의 두께를 입혀야 한다.
이와 같은 문제점을 해결할 수 있는 방법으로 제시된 것이 감광 저항제나 식각 과정 없이 금속을 패턴닝할 수 있는 새로운 고해상도 전사법 연구가 집중, 연구되고 있다.
최근 용제(solvent)나 현상제(developer) 또는 식각액(etchant)를 사용하지 않는 유기 반도체 소자를 만드는데 적합한 방법이 개발되었는데, 이는 미국 Lucent Technology사 Bell Laboratories의 Yueh-Lin Loo 박사팀이 개발한 나노 트랜스퍼 프린팅(nTP;nanotransfer printing)라 불리는 기술이다.
나노 트랜스퍼 프린팅은 패터닝되어 있는 스탬프에 금속을 증착시키고, 기판과의 접촉을 통해 스탬프에 증착된 금속막을 전달하는 방식으로, 멀티 레이어와 및 복잡한 구조물 제작에 적합한 방식으로 생각되고 있다.
중국의 한 연구소에서는 마이크로 사이즈의 나노트랜스퍼 프린팅을 메탈트랜스퍼 프린팅(MTP)로 명명하였다. MTP는 탄성을 가진 폴리머부터 갈륨·비소(GaAs) 등의 견고한 소재까지 다양하게 적용이 가능하다. 이 방법을 이용하면 유기 트랜지스터나 상보성 인버터 회로의 배선에도 응용할 수 있다는 장점을 가지고 있다.
이와 같은, 나노트랜스퍼 프린팅은 종래의 포토리소그래피 방식에 비해 장점 을 가지고 있으면서도, 아직까지는 적용을 위해 보완해야될 문제점들이 산재해 있다.
금속 박막 패턴을 전사하는 방식에 있어서 기존의 방식은 스템프 자체에 금속 박막을 증착시켜 금속 패턴을 기판 상에 전사했으나, 본 발명은 이와 달리 Inker pad 방법을 이용한 새로운 방법으로서, 금속 잉크 판에 스템프를 접착시키고, 금속 박막이 패턴 형성되어 있는 스템프에 전사되도록 하고 이를 기판 상에 다시 전사함으로 더욱 쉽게 금속 패턴을 형성할 수 있다. 즉 기존의 방법은 스템프 상에 금속 박막의 진공 증착이 필요하였으나, 본 발명은 진공 증착 공정 없이 금속 박막 패턴을 전사할 수 있다.
금속 박막 패턴 전사의 본 발명을 통해 나노 스케일의 패턴 형성에 대한 가능성을 열 수 있을 것으로 기대된다.
본 발명은 포토리소그래피 공정없이도 다양한 고밀도 소자패턴을 구현할 수 있는 금속 패터닝 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 진공 증착 공정 없이도 금속 전사 인쇄를 구현할 수 있는 패터닝 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금속 패턴 형성 방법은, 스탬프를 형성하는 단계; 금속박막이 입혀진 패드 기판을 형성하는 단계; 금속 패턴이 전사될 피전사 기 판을 형성하는 단계; 상기 스탬프를 상기 패드 기판에 접촉시키는 단계; 및 상기 스탬프로 옮겨진 금속 패턴을 상기 피전사 기판으로 전사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 잉크 패드 방법을 이용한 금속 패터닝 방법은 크게 폴리머 스탬프 제조, 알루미늄 박막이 입혀진 패드기판 형성, TiO2 박막 형성, TiO2기판에 알루미늄 전사하는 단계로 나뉘어진다.
도1a 내지 도1c는 본 발명에 따른 스탬프 제조 방법을 나타낸다.
도1a는 패턴이 형성되어 있는 마스터 몰드(101)를 나타낸다. 마스터 몰드(101)로는 실리콘을 사용할 수 있다.
도1b와 같이, 실리콘 폴리머(102)를 마스터 몰드(101) 위에 붓는다. 실리콘 폴리머(102)로는 PDMS(polydimethylsiloxane)를 사용할 수 있으며, 실리콘 탄성중합체와 경화제를 10:1 비율로 섞은 다음 두 물질이 잘 혼합되도록 충분히 섞어서 제조한다. 실리콘 탄성 중합체로는 다우 코닝사의 실가드(sylgard) 184A를 사용할 수 있고, 경화제로는 다우 코닝사의 실가드(sylgard) 184B를 사용할 수 있다. 다음 실온에서 25분 방치한 후 70℃ 오븐에서 50분간 열경화를 시킨다.
그리고 나서, 도1c와 같이, 굳어진 폴리머 스탬프(102)를 마스터 몰드(101)로부터 분리하면 원하는 패턴이 형성된 스탬프(101)를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 금속 패터닝 방법은 스탬프(101) 외에 도장 인주 역할을 하는 패드 기판(110)이 필요하다.
도2a 및 도2b는 본 발명에 따른 제조 방법에서 도장의 인주 역할을 하는 패드 기판(110)의 제조 방법을 나타낸다.
베이스 기판으로는 실리콘 기판(103)을 사용할 수 있으며, 실리콘 기판(103)을 증류수, 아세톤, 에탄올로 세척하고, 각각의 세척 단계 사이에는 N2가스 퍼징을 하여 기판의 오염물질을 제거한다. 그런 후 UV/O3 (low-pressure mercury lamp, λ=185 and 254nm) 처리를 통하여 실리콘 기판(103) 위에 1nm의 산화막(SiO2)(104)을 형성시킨다. 그 후 OTS (Octadecyltrichlorosilane)를 톨루엔에 1mM로 묽혀서 1시간 동안 디핑(dipping)한 후 수 차례 톨루엔으로 여러 번 세척하고 N2 가스로 건조시켜 여분의 OTS를 제거한다.
이 과정을 거치면 산화막(104) 위에는 OTS 단층(full monolayer)(105)이 형성되며, 이 때의 물 접촉각은 약 110°로 나타나며, 이 값을 통해 낮은 표면에너지를 가진다는 것을 알 수 있다. OTS 단층(105)은 알루미늄이 기질에서 잘 분리될 수 있도록 릴리스 층의 역할을 한다.
그리고 나서, 금속 박막, 예컨대 알루미늄 박막(106)을 20nm 두께로 입힌다. 알루미늄 박막(106)은 이-빔 증발기를 이용하여 입히는 것이 바람직하다. 그러면, 도2b와 같이, 본 발명에 따른 패드 기판(110)이 완성된다.
도3a 및 도3b는 본 발명에 따른 피전사 기판(120) 제조 방법을 나타낸다.
피전사 기판(120)의 베이스 기판으로는 실리콘 기판(107)을 사용할 수 있다.
도3a와 같이, 실리콘 기판(107) 위에 UV/O3 (low-pressure mercury lamp, λ=185 and 254nm) 처리를 통하여 1nm의 산화막(108)을 형성시킨다.
그리고 나서, 도3b와 같이 산화막(108)이 형성된 실리콘 기판(107) 기판 위에 접착 향상막(109)을 입히며 피전사 기판(120)이 완성된다. 접착 향상막(109)으로는 TiO2막을 사용할 수 있으며, ALD (Atomic Layer Deposition) 방법을 이용하여 약 10nm 두께로 입힌다.
도4a 내지 도4d는 본 발명의 금속 패터닝 방법에 따라, 스탬프(110)에서 피전사 기판(120)으로 금속 박막을 전사하는 방법을 나타낸다.
도4a와 같이, 폴리머 스탬프(102)를 패드 기판(110) 위에 접촉시킨다. 그러면 도4b와 같이 폴리머 스탬프(102)의 접촉된 면으로만 알루미늄 박막(106)이 옮겨진다.
도4c와 같이, 알루미늄 박막(106)이 옮겨진 폴리머 스탬프(102)를 피전사 기판(120)에 접촉시킨다. 피전사 기판(120)에 접촉시킨 후 이용하여 120℃ 정도의 열을 가한다. 열을 가하는 방법은, 기판을 핫 플레이트에 올려놓고 열을 가하는 것이 바람직하다. 약 10분 경과 후, 피전사 기판(120)에서 폴리머 스탬프(102)를 제거하고 나면, 폴리머 스탬프(102)에서 피전사 기판(120)으로 알루미늄 박막이 전사되고, 도4d와 같이 금속 패터닝이 완성된다.
본 발명에 따른 알루미늄 박막 등 금속 패터닝 공정 완료 후, 패터닝 결과는 AFM(Atomic Force Microscopy), SEM(Scanning Electron Microscopy), OM(Optical Microscopy)로 확인할 수 있다.
본 발명의 패터닝 방법에 따라 패턴사이즈는 5 μm 이하, 간격은 5 μm 이하까지도 패터닝이 가능하다.
본 발명의 패터닝 방법으로, 포토리소그래피 공정없이도 다양한 고밀도 소자패턴을 구현할 수 있다.

Claims (6)

  1. 스탬프를 형성하는 단계;
    금속박막이 입혀진 패드 기판을 형성하는 단계;
    금속 패턴이 전사될 피전사 기판을 형성하는 단계;
    상기 스탬프를 상기 패드 기판에 접촉시키는 단계; 및
    상기 스탬프로 옮겨진 금속 패턴을 상기 피전사 기판으로 전사하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 패턴 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스탬프를 형성하는 단계는,
    마스터에 실리콘 폴리머를 적층하는 단계;
    상기 실리콘 폴리머를 경화시키는 단계; 및
    상기 경화된 실리콘 폴리머를 상기 마스터로부터 분리시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 패턴 형성 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    금속박막이 입혀진 패드 기판을 형성하는 단계는,
    실리콘 기판의 표면을 산화시키는 단계;
    상기 산화된 표면에 릴리스 층을 형성하는 단계; 및
    상기 릴리스 층 위에 알루미늄 박막을 적층하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 패턴 형성 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 릴리스 층은 OTS 단층인 것을 특징으로 하는 금속 패턴 형성 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    금속 패턴이 전사될 피전사 기판을 형성하는 단계는,
    실리콘 기판의 표면을 산화시키는 단계; 및
    상기 산화된 표면에 접착 향상막을 적층하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 패턴 형성 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 접착 향상막은 TiO2인 것을 특징으로 하는 금속 패턴 형성 방법.
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