KR20090006703A - 고종횡비 미세구조물 제조방법 - Google Patents

고종횡비 미세구조물 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고종횡비 미세구조물 제조방법에 관한 것이다.
본 발명이 개시하는 제조방법은, 투명 전도성 막이 도포된 투명기판을 준비하는 제1 과정, 투명 전도성 막 위에 금속 마스크 패턴을 형성하는 제2 과정, 금속 마스크 패턴을 에두르도록 도금용 포토레지스트를 도포하는 제3 과정, 투명기판의 하부를 향해 자외선을 조사하여 도금용 포토레지스트에 몰드를 형성하는 제4 과정, 그리고 몰드가 충진되도록 도금하여 미세구조물을 형성하는 제5 과정으로 이루어진다.
본 발명에 따르면, 도금용 포토레지스트와 금속 마스크 패턴과의 완벽한 밀착을 통해 자외선의 프레넬 회절을 완벽히 제거할 수 있다. 따라서 분해능 저하 없이 도금용 포토레지스트를 정밀하게 패턴화할 수 있고, 고종횡비의 정밀한 미세구조물을 제조할 수 있다.
포토리소그래피, 고종횡비, 미세구조물, 투명기판, 투명전극, 후면 노광, 도금

Description

고종횡비 미세구조물 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING HIGH-ASPECT-RATIO MICRO STRUCTURES}
본 발명은 포토리소그래피(photo lithography) 및 도금 공정을 토대로 하는 미세구조물 제조방법에 속한다.
고종횡비 미세구조물은 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 소자 제조를 위한 필수 부품으로써, 포토리소그래피 및 도금, 레이저 가공, 방전 가공 등 다양한 제조기술이 요구된다. 특히, 포토리소그래피 및 도금은 정밀도 향상을 비롯한 대량생산에 적합하여 미세구조물 제조에 널리 이용되고 있다.
종래, 포토리소그래피 및 도금에 의한 미세구조물 제조방법은, 첨부도면 도 1a 및 도 1b에 예시된 바와 같이 순차적으로 진행된다.
구체적으로, 실리콘 또는 유리로 이루어진 기판(1)에 진공 증착 또는 스퍼터링(sputtering) 공정을 이용하여 도금 씨드층(2)을 형성한다(S1). 이어서, 라미네이팅(laminating) 공정을 이용하여 도금용 포토레지스트(3)를 도포한 후(S2), 도금용 포토레지스트(3) 상부에 포토마스크(4)를 정렬하고 자외선(UV)을 조사하여 도금용 포토레지스트(3)를 노광한다(S3). 노광에 이어서 현상을 통해 도금 몰드(5)를 형성하고(S4), 도금 씨드층(2) 위에 전기 도금 또는 무전해 도금으로 금속 미세구조물(6)을 형성한다(S5).
살펴본 일련의 과정에서, 포토마스크와 도금용 포토레지스트는 투영모드(projection mode), 근접모드(proximity mode) 및 접촉모드(contact mode) 중 어느 한 가지 방식으로 정렬된 후 자외선이 조사된다. 이러한 세 가지 방식에서 고려해야 할 점은 프레넬 회절(fresnel diffraction)에 따른 분해능 저하 현상이다. 도 2는 이러한 분해능 저하 현상의 개념을 예시하고 있다.
우선, 투영모드 또는 근접모드로 자외선을 조사하면, 프레넬 회절에 의하여 조사된 자외선이 직진하지 않고 산란된다. 따라서 이러한 투영모드 또는 근접모드로는, 고종횡비 미세구조물 제작을 위한 도금용 포토레지스트의 패턴화를 어렵게 만든다(도금용 포토레지스트에 형성되는 패턴의 정밀도가 떨어짐).
한편, 포토마스크와 포토레지스트가 접촉하게 되는 접촉모드에서는 이론적으로 프레넬 회절 현상이 일어나지 않아야 한다. 그러나 실제로는 포토마스크와 포토레지스트가 서로 완벽히 접촉하지 않고 소정의 공극(에어갭, air gap)을 형성하게 되는바, 프레넬 회절에 따른 분해능 저하를 피할 수 없다.
본 발명은 프레넬 회절에 의한 분해능 저하를 방지함으로써, 고종횡비의 미세구조물을 재현성 있게 또한 고정밀도로 제조할 수 있는 방법을 제시한다.
상기한 본 발명의 기술적 과제는, 투명 전도성 막이 도포된 투명기판을 준비하는 과정, 투명 전도성 막 위에 금속 마스크 패턴을 형성하는 과정, 금속 마스크 패턴을 에두르도록 도금용 포토레지스트를 도포하는 과정, 투명기판의 하부를 향해 자외선을 조사하여 도금용 포토레지스트에 몰드를 형성하는 과정, 및 몰드가 충진되도록 도금하여 미세구조물을 형성하는 과정으로 달성된다.
본 발명에 따르면, 도금용 포토레지스트와 금속 마스크 패턴과의 완벽한 밀착을 통해 자외선의 프레넬 회절을 완벽히 제거함으로써, 분해능 저하 없이 도금용 포토레지스트를 정밀하게 패턴화할 수 있다. 이에 따라 고종횡비를 갖으면서도 정밀한 미세구조물을 제조할 수 있다.
본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.
도 3은 본 발명의 고종횡비 미세구조물 제조방법에 대해 개략적으로 나타내고 있다. 본 발명의 고종횡비 미세구조물 제조방법은, 상부에 투명 전도성 막이 도포된 투명기판을 준비하는 과정(S110), 투명 전도성 막 위에 자외선을 차단하는 금속 마스크 패턴을 형성하는 과정(S120: S121~S126), 금속 마스크 패턴 위에 도금용 포토레지스트를 도포하는 과정(S130), 자외선을 투명기판의 하부를 향해 조사한 후 현상하여 도금용 포토레지스트에 몰드를 형성하는 과정(S140), 그리고 형성된 몰드에 금속재료를 도금하여 미세구조물을 형성하는 과정(S150)으로 진행된다.
상기 제S150 과정에 의해 제조되는 미세구조물은, 도 4에 예시된 바와 같이 사각 기둥, 원 기둥, 기어형 기둥 등으로 매우 다양하게 형성될 수 있다. 이러한 미세구조물의 특징은 종횡비(높이 h와 너비 w의 비율)가 크다는 것이다. 이를 가능케 하는 기술적 요부는 프레넬 회절에 의한 분해능 저하 없이, 도금용 포토레지스트에 정밀한 고종횡비의 몰드(패턴화에 의해 생성되는 홈)를 형성함에 있다.
이하에서는 도 5a 내지 도 5f를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 보다 구체적으로 살펴본다.
[ 제S110 과정 ]
도 5a에 예시된 바와 같이, 투명부재(11)의 상부에 투명 전도성 막(12)을 형성시켜 투명기판(10)을 마련한다.
투명부재(11)는 유리 또는 석영 등의 무기물 재료, 아크릴 또는 폴리카보네이트 등의 유기물 재료이며, 자외선(UV)을 투과시킬 수 있다.
투명 전도성 막(12)은 자외선이 투과되며 전도성을 갖는 재질이다. 이 투명 전도성 막은 인듐 주석 산화물 또는 인듐 아연 산화물이며, 진공 증착 혹은 스퍼터링을 통해 상기 투명부재(11)에 형성될 수 있다.
[ 제S120 과정 ]
투명 전도성 막(12) 상부에 도금 씨드층(20)을 형성하고, 그 위에 포토레지스트(30)를 도포한다(S121, S122).
상기 도금 씨드층(20)은 구리, 니켈 및 금 등의 금속재료로써, 후속 단계에서 도금을 원활히 수행하기 위한 씨드(seed)로 이용된다. 이러한 도금 씨드층(20)은 앞서 언급한 진공 증착 또는 스퍼터링에 의해 형성될 수 있다. 포토레지스트(30)는 양성(positive) 또는 음성(negative) 포토레지스트가 이용될 수 있는데, 본 발명에서는 양성 포토레지스트인 것으로 설정한다.
한편, 도금 씨드층(20)과 투명 전도성 막(12) 사이에 이들의 접착력을 향상시키기 위한 목적으로 크롬 또는 티타늄 등의 점착층(adhesion layer)이 개재될 수도 있다.
다음으로 도 5b와 같이, 포토마스크(40)를 포토레지스트(30) 위에 정위치시킨 후, 포토마스크(40)를 통해 포토레지스트(30)에 자외선(UV)을 조사한 후, 현상하여 패턴화한다(S123, S124). 패턴화된 포토레지스트(30)는 도 5b에서 미설명부호 '31'로 지칭되고 있다. 참고적으로, 상기 포토레지스트(30)는 0.1㎛~2㎛ 범위의 두께로 도포되어 있기 때문에 프레넬 회절에 의한 분해능 감소가 미미하다. 따라서 포토마스크(40)의 패턴은 그대로 포토레지스트(30)에 전사된다.
이어서, 도 5c를 참조하면, 상기 S124 단계를 통해 노출된 도금 씨드층(20)을 에칭(etching)하고, 에칭후 도금 씨드층(20) 위에 잔존한 포토레지스트(30)를 제거한다(S125, S126).
상술한 단계들을 거치게 되면 '패턴화된 도금 씨드층(21)'이 남게 되는데, 이것이 앞서 설명한 제S120 과정의 '금속 마스크 패턴(21)'이다.
[ 제S130 과정 ]
제S120 과정을 통해 형성된 금속 마스크 패턴(21)을 에두르도록 상기 포토레지스트(30) 보다 상대적으로 두꺼운(약 10㎛~1,000㎛) 도금용 포토레지스트(50)를 도포한다(도 5d 참조). 이 도금용 포토레지스트(50)는 음성 포토레지스트(negative photoresist)이며, 도포되는 두께는 본 발명의 최종 결과물인 미세구조물의 높이인 것으로 이해해도 무방하다.
[ 제S140 과정 ]
제S130 과정에 뒤미처, 도 5e와 같이 투명기판(10)의 하부를 향해 자외선(UV)을 조사한 후 현상하여, 상기 도금용 포토레지스트(50)를 패턴화한다(S141, S142). 패턴화된 도금용 포토레지스트(50)는 도 5e에서 미설명부호 '51'로 지칭되며, 패턴화에 의해 형성된 홈은 미세구조물을 위한 몰드(mold, 틀)로 이용된다.
본 과정에서 패턴화되는 도금용 포토레지스트(50)는 금속 마스크 패턴(21)과 공극(air gap)이 형성됨 없이 완벽히 밀착되어 있다. 따라서 프레넬 회절이 발생하지 않아, 분해능 저하 현상 없이 정밀하게 도금용 포토레지스트를 패턴화할 수 있는 것이다.
[ 제S150 과정 ]
다음으로 제S140 과정에 의해 형성된 몰드가 충진되도록 도금하여, 미세구조물(60)을 형성한다(도 5f 참조).
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위 에 속하는 것이다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 미세구조물 제조방법 예시도,
도 2는 종래 프라넬 회절에 의한 분해능 저하를 보인 예시도,
도 3은 본 발명의 고종횡비 미세구조물 제조방법에 대한 개략적 순서도,
도 4는 본 발명에 의해 제조될 수 있는 미세구조물에 대한 예시도,
도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 고종횡비 미세구조물 제조방법에 대한 세부 예시도.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 **
10 : 투명기판 11 : 투명부재
12 : 투명 전도성 막 20 : 도금 씨드층
21 : 금속 마스크 패턴 30 : 포토레지스트
40 : 포토마스크 50 : 도금용 포토레지스트
60 : 미세구조물

Claims (8)

  1. 투명 전도성 막이 도포된 투명기판을 준비하는 제1 과정;
    상기 투명 전도성 막 위에 금속 마스크 패턴을 형성하는 제2 과정;
    상기 금속 마스크 패턴을 에두르도록 도금용 포토레지스트를 도포하는 제3 과정;
    상기 투명기판의 하부를 향해 자외선을 조사하여 상기 도금용 포토레지스트에 몰드를 형성하는 제4 과정; 및
    상기 몰드가 충진되도록 도금하여 미세구조물을 형성하는 제5 과정; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 고종횡비 미세구조물 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 과정은,
    투명부재 상부에 투명 전도성 막을 형성시키는 단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고종횡비 미세구조물 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 과정은,
    상기 투명 전도성 막 상부에 도금 씨드층을 형성하고, 상기 도금 씨드층 위에 포토레지스트를 도포하는 단계;
    포토마스크를 상기 포토레지스트 위에 정위치시키고 상기 포토마스크를 통해 자외선을 조사하여 상기 포토레지스트를 패턴화하는 단계; 및
    상기 패턴화에 의해 노출된 도금 씨드층을 에칭한 후, 잔존한 포토레지스트를 제거하여 금속 마스크 패턴을 형성하는 단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고종횡비 미세구조물 제조방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 포토레지스트는,
    양성 포토레지스트(positive photoresist)인 것을 특징으로 하는 고종횡비 미세구조물 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 도금용 포토레지스트는,
    음성 포토레지스트(negative photoresist)인 것을 특징으로 하는 고종횡비 미세구조물 제조방법.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 투명부재는,
    유리 또는 석영으로 형성되는 것을 특징으로 하는 고종횡비 미세구조물 제조방법.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 투명부재는,
    폴리카보네이트 또는 아크릴로 형성되는 것을 특징으로 하는 고종횡비 미세구조물 제조방법.
  8. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 투명 전도성 막은,
    인듐 주석 산화물 또는 인듐 아연 산화물로 형성되는 것을 특징으로 하는 고종횡비 미세구조물 제조방법.
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CN112584624A (zh) * 2019-09-27 2021-03-30 恒煦电子材料股份有限公司 多角度曝光设备与电镀金属导线的制作方法
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