KR20100033222A

KR20100033222A - 잔류 감광막이 없는 임프린팅 방법

Info

Publication number: KR20100033222A
Application number: KR1020080092290A
Authority: KR
Inventors: 양민양; 윤홍석; 김성범; 전강민
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2008-09-19
Filing date: 2008-09-19
Publication date: 2010-03-29
Also published as: KR101016215B1

Abstract

본 발명은 몰드를 이용하여 임프린팅하는 방법에 있어서, 잔류 이미지 감광막 제거 공정이 필요없이 임프린팅하는 방법을 제공하는 것이다. 또한, 인쇄 롤 표면에 미세 패턴을 형성하는 방법에 대한 것이다. LCD, PDP, OLED 등의 평판 또는 유연 디스플레이 분야, 태양전지, 트렌지스터, RFID등은 롤 인쇄방법에 의해 제조되고 있다. 이러한 롤 인쇄방법은 롤 몰드에 패턴을 형성하고, 패턴이 형성된 롤 몰드를 이용하여 제조하게 된다. 보다 상세하게 임프린팅하는 방법에 있어서, 광에 반응하지 않는 희생층을 기판에 코팅하는 단계; 희생층을 고정시키기 위해 소프트 베이킹하는 단계; 희생층 위에 광에 의해 경화되는 감광제를 코팅하여 이미지 감광막을 형성하는 단계; 희생층 및 이미지 감광막을 임프린팅 몰드로 가압하는 단계; 몰드로 가압하여 패턴모양을 형성한 상태에서 광을 주사하여 이미지 감광막을 경화시키는 단계; 현상액으로 외부에 노출된 희생층을 제거하는 현상 단계; 이미지 감광막 및 희생층을 정렬하기 위한 하드 베이킹하는 단계; 기판에 금속을 증착하는 단계; 기판에 증착된 금속을 고정시키기 위해 소프트 베이킹하는 단계;및 희생층을 제거하여 기판 위에 미세 금속배선을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 희생층을 먼저 코팅하여 잔류 이미지 감광막의 제거 공정이 없이 임프린팅하는 방법에 대한 것이다.

희생층, 임프린팅, 이미지 감광막, UV 레이저 빔, 미세패턴

Description

잔류 감광막이 없는 임프린팅 방법{Method for Imprinting with Remained Photoresist}

본 발명은 몰드를 이용하여 임프린팅하는 방법에 있어서, 잔류 감광막 제거 공정이 필요없이 임프린팅하는 방법을 제공하는 것이다. 또한, 인쇄 롤 표면에 미세 패턴을 형성하는 방법에 대한 것이다. LCD, PDP, OLED 등의 평판 또는 유연 디스플레이 분야, 태양전지, 트렌지스터, RFID등은 롤 인쇄방법에 의해 제조되고 있다. 이러한 롤 인쇄방법은 롤 몰드에 패턴을 형성하고, 패턴이 형성된 롤 몰드를 이용하여 제조하게 된다. 본 발명은 롤 표면에 미세 패턴을 형성하는 방법에 대한 것이다.

최근 평판디스플레이의 대형화 및 차세대 유연 디스 플레이 생산이 가능한 신제조 공정이 요구되고 있다. 기존의 종이 인쇄 방식으로는 미세패턴을 형성할 수 없어, 최근 이러한 추세에 대응할 수 있는 공정중 롤 인쇄공정이 관심을 끌고 있다.

미세 패턴을 형성할 수 있는 임프린트 방식으로 롤 몰드 방식과 스탬프 방식이 주를 이루고 있다. 롤 몰드 방식은 롤 표면 패턴을 형성하고 이러한 패턴이 형 성된 롤 몰드를 이용하여 임프린팅하는 것이다. 스탬프 방식도 표면에 패턴을 형성하고 패턴이 형성된 면을 도장처럼 찍어 임프린팅하는 방법이다.

이러한 방법에서 전자소자를 제작하거나 금속 배선 등을 제조하기 위해 몰드 표면에 미세한 패턴을 형성하는 것이 중요하다. 패턴을 형성하는 방법으로는 보통 에칭(etching)방식, e-빔 가공, 다이아몬드 선반가공, 레이저 가공 등이 있다. 에칭 방식의 경우, 금속과 감광제를 코팅하고 포토리쏘그리피공정을 한 후 금속을 식각, 에칭하여 패턴을 형성하므로 깊이가 한정되어 있다는 한계가 있다. e-빔 가공의 경우는 초 미세한 패턴의 형성이 가능하나 가공시간이 길고 가공 양에 한계가 있어 대면적에 미세패턴을 형성할 수 없는 문제가 있다. 다이아몬드 선반가공의 경우, 가공특성상 2차원 자유 형상가공이 어려운 문제가 있다. 또한, 레이저 가공 역시 고품질 패턴의 형성이 어렵다는 문제가 있다.

따라서, 대면적에 미세패턴을 형성할 수 있고, 식각 공정을 필요로 하지않고, UV 레이저빔을 이용하여 감광막 차체를 직접 패턴으로 이용할 수 있는 롤 표면에 미세 패턴을 형성할 수 있는 방법이 요구되었다.

또한, 이러한 몰드에 의한 임프린팅 공정 시 필연적으로 발생하는 잔류 감광막을 제거하는 공정이 필요하다. 통상적으로 감광막의 종류에 따라 RIE(reactive ion etching)방법이나 CMP(chemical mechanical polishing)등의 방식으로 제거하게 된다. 이러한 잔류 감광막을 제거할 필요없이 임프린팅하는 방법에 대한 필요성이 대두되고 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 몰드를 이용하여 패턴을 형성하는 임프린팅 방법에서 감광막을 코팅하기 전에 감광막과 다른 성질의 희생층을 먼저 코팅한다. 따라서, 몰드로 패턴을 형성하고 현상 단계를 거친 후에 희생층을 기판에서 제거함으로써, 잔류 이미지 감광막이 형성되지 않게 한다. 잔류 이미지 감광막을 제거하는 별도의 공정이 필요없는 임프린팅 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 롤 몰드에 미세한 패턴을 형성하는 데 있어 진공증착 공정, 에칭, 패턴마스크의 제작 등의 기타 기계 가공공정 없이 직접 감광막을 패턴으로 이용함으로써 롤 표면에 미세 패턴을 형성하는 방법을 제공하는 것이다.

이러한 2차원 미세패턴을 대면적에 형성할 수 있어 기존의 패턴형성방법의 단점을 극복할 수 있다.

UV 광 또는 UV 레이저에 의해 경화되거나 분해될 수 있는 감광제를 코팅하여 감광막을 형성하고, 이러한 감광막에 직경이 미세한 UV 레이저 빔을 주사하여 감광막 자체를 미세패턴으로 이용할 수 있는 방법을 제공하는 것이다. 이러한 미세패턴이 형성된 대면적의 롤 몰드를 이용하여 미세한 전자금속배선, 미세 패턴을 형성할 수 있는 임프린팅을 가능하게 한다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부 도면들과 관련되어 설명되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명확해질 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 임프린팅하는 방법에 있어서, 광에 반응하지 않는 희생층(110)을 기판(100)에 코팅하는 단계; 희생층(110)을 고정시키기 위해 소프트 베이킹하는 단계; 희생층(110) 위에 광에 의해 경화되는 감광제를 코팅하여 이미지 감광막(120)을 형성하는 단계; 희생층(110) 및 이미지 감광막(120)을 미세 배선 패턴이 형성된 임프린팅 몰드로 가압하는 단계; 몰드로 가압하여 미세 배선 패턴을 형성한 상태에서 광을 주사하여 이미지 감광막(120)을 경화시키는 단계; 현상액으로 외부에 노출된 희생층(140)을 제거하는 현상 단계; 이미지 감광막(120) 및 희생층(110)을 정렬하기 위한 하드 베이킹하는 단계; 기판(100)에 금속막(300)을 증착하는 단계; 기판(100)에 증착된 금속막(300)을 고정시키기 위해 소프트 베이킹하는 단계;및 희생층(110)을 제거하여 기판(100) 위에 미세 금속배선을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잔류 감광막이 없는 임프린팅 방법으로 달성될 수 있다.

임프린팅 몰드는 롤 몰드(200)인 것을 특징으로 할 수 있다.

감광제는 UV광에 의해 경화되는 것이고, 기판(100) 전체에 UV광(400)을 주사하며 이미지 감광막(120)을 경화하는 것을 특징으로 할 수 있다.

현상액은 희생층(110)과는 반응하나 경화된 이미지 감광막(130)과는 반응하지 않는 것을 특징으로 할 수 있다.

희생층(110) 또는 이미지 감광막(120)을 코팅하는 단계는 슬릿코팅, 스프레이 코팅, 아닐록스 롤을 이용한 코팅 또는 롤투룰 인쇄코팅인 것을 특징으로 할 수 있다.

미세패턴(210)이 형성된 롤 몰드(200)는, UV 광에 의해 경화 또는 분해되는 감광제를 롤 표면에 코팅하여 감광막(620)을 형성하는 단계; 감광막(620)을 고정시키기 위해 소프트 베이킹하는 단계; 감광막(620)에 UV 레이저 빔(700)을 주사하는 단계; UV 레이저 빔(700)이 주사된 감광막(620)을 선택적으로 제거하는 현상단계;및 현상 후 감광막(620)을 정렬하게 하기 위해 하드 베이킹하는 단계;를 포함하여 UV 레이저를 이용한 인쇄 롤 표면에 미세패턴을 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.

UV 레이저 빔(700)은 3축 초정밀 스테이지 이송이 가능한 UV 레이저 주사장치를 통해 주사하여 미세패턴(210)을 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.

UV 레이저 빔(700)이 주사된 감광막(620)을 선택적으로 제거하는 현상단계에서 UV 레이저에 의해 분해되는 감광막(620)의 경우는 상기 UV 레이저 빔(700)이 주사된 부분이 현상액에 의해 제거되며 현상액은 분해되지 않은 감광막(620)과는 반응하지 않으나 분해된 상기 감광막(620)과는 반응하는 것을 특징으로 할 수 있다.

UV 레이저 빔(700)이 주사된 감광막(620)을 선택적으로 제거하는 현상단계에서 UV 레이저 의해 경화되는 감광막(620)의 경우는 UV 레이저 빔(700)을 주사하지 않은 부분이 현상액에 의해 제거되며 현상액은 경화된 감광막(620)에는 반응하지 않은 것을 특징으로 할 수 있다.

롤 표면(510)에 형성된 미세패턴(210)의 폭(220)은 0.5~10㎛인 것을 특징으로 할 수 있다.

롤 표면(510)에 미세패턴(210)이 형성된 면은 미세패턴(210)이 형성되지 않은 면에 비해 상대적으로 넓은 것을 특징으로 할 수 있다.

UV 레이저 주사장치는, 인쇄 롤(500)을 롤(500)의 축선(880)을 기준으로 회전시키는 회전 수단; 롤 표면(510)과 일정한 간격을 두고 축선(880)과 평행하게 구비된 축(870); 축(870)을 따라 이동하여 롤 표면(510)에 UV 레이저 빔(700)을 주사하는 UV 레이저 빔 형성수단(800);을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

회전 수단은 속도 조절이 가능한 구동모터(820);와 구동모터(820)와 연결되고 축선(880)방향으로 설치되는 기어 축(840);과 기어 축(840)을 지지하는 베어링(850)을 구비한 지지대(860);를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

UV 레이저 빔 형성수단(800)은 UV 광을 발생하는 UV 레이저 다이오드(720);와 UV 광이 투과되면서 초점(750)을 형성하는 렌즈(740);를 포함하여 UV 광(730)을 상기 렌즈(740)에 투사하여 초점으로 모아지는 UV 레이저 빔(700)을 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.

UV 레이저 빔(700)의 직경(710)은 UV 레이저 다이오드(720)의 파장 및 렌즈(740)의 초점(750)과의 거리에 따라 결정되는 것을 특징으로 할 수 있다.

UV 레이저 빔(700)의 직경(710)은 0.2~10㎛인 것을 특징으로 할 수 있다.

UV 레이저 빔 형성 수단(800)은 축선(880)과 평행하게 1차원 운동을 하게 하고 롤(500)은 회전운동을 하여 UV 레이저 빔(700)에 의해 2차원의 미세패턴(210)을 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.

UV 레이저 빔 형성 수단(800)은 정밀도가 100㎚이하의 1축 초정밀 스테이지인 것을 특징으로 할 수 있다.

UV 레이저 빔 형성수단(800)은 롤(500)의 축선(880)과 수직인 방향으로 움직이는 것을 특징으로 할 수 있다.

따라서, 상기 설명한 바와 같은 본 발명의 일실시예에 의하면, 롤 몰드(200)를 이용하여 미세패턴(210)이 형성된 금속배선 등을 제조하는 임프린팅 공정에서 잔류 이미지 감광막(120)이 생기지 않게 한다. 따라서, 후 처리 공정에서 잔류 이미지 감광막(120)을 제거할 필요가 없어 공정이 신속해 질 수 있다. 또한, 형성할 패턴(210)이 미세 할수록 이러한 잔류 이미지 감광막(120)의 제거는 어렵게 되고 많은 비용이 발생하게 되나 본 발명은 잔류 이미지 감광막(120)이 생기지 않아 비용을 절감할 수 있다는 장점을 가진다.

또한, 임프린팅에 사용되는 롤몰드(200)의 경우 본 발명의 실시예에 의하면 대면적의 롤 표면(510)에 UV 레이저나 UV광에 의해 경화 또는 분해되는 감광제를 코팅하여 감광막(620)을 형성하고, 이러한 감광막(620)에 부분적으로 UV 레이저 빔(700)을 주사하여 감광막(620) 자체를 직접 패턴(210)으로 형성할 수 있게 해준다.

또한, 금속증착 공정 전에 UV광을 주사하여 이미지 감광제를 경화함으로써 금속막의 가려짐 현상없이 감광제를 경화할 수 있다. 그리고 UV 광원을 기판 상측 에 위치하는 경우 롤 표면에 의해 간섭현상이 있게 되나 본 발명은 기판 하부에 광원을 위치함으로써 이러한 롤 표면에 간섭 현상없이 경화 가능하다는 장점을 가지게 된다.

따라서, 기존처럼 롤에 감광제와 별도로, 패턴을 형성할 물질을 먼저 증착 또는 스퍼터링 할 필요가 없다. 또한 레이저 빔(700) 자체를 3축 초정밀 스테이지 이동장치를 통해 주사함으로 별도로 패턴모양이 형성된 마스크의 제작이 필요 없다. 그리고 UV 레이저 빔(700) 주사 후 UV 경화 감광제의 경우는 주사되지 않은 부분을 제거하고, UV 분해 감광제의 경우 UV 레이저 빔(700)이 주사된 부분이 제거되므로 현상 후에 별도의 에칭과정이 필요가 없다는 장점을 가지고 있다. 금속막(300)의 증착, 에칭, 패턴마스크 제작 공정이 필요가 없어 신속하게 대면적에 미세한 패턴을 형성할 수 있는 효과가 있다.

또한, 감광막(620) 자체가 패턴을 형성하고 있으므로 후에 감광막(620)을 제거하는 등의 후처리 공정이 필요가 없다. 따라서, 신속하게 롤 표면(510)에 대면적으로 미세 패턴(210)을 형성할 수 있는 효과가 있다. UV 레이저 빔(700)은 초점(750)과 감광막(620)과의 거리에 따라 직경(710)을 변화할 수 있어 형성할 미세패턴(210)의 폭(220)을 쉽게 조절할 수 있다는 장점을 가진다. 감광막(620) 이외에 물질을 증착하거나 코팅할 필요가 없어 경제적이고 신속하게 제작가능하다.

비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허청구의 범위 내에 속함은 자명하다.

(잔류 감광막 없이 임프린팅하는 방법)

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 잔류 이미지 감광막(120) 없이 임프린팅을 하는 방법에 관하여 설명하도록 한다. 우선, 도 1은 본 발명에 따른 잔류 이미지 감광막(120) 제거 공정없이 임프린팅하는 방법의 흐름도를 도시한 것이다. 기판(100)에 희생층(110)을 코팅하고 코팅된 희생층(110) 위에 UV 광에 의해 경화되는 UV(자외선) 경화 감광제를 코팅한다. 코팅 후 이미지 감광막(120)을 고정하기 위해 소프트 베이킹을 하게 된다.

이미지 감광막(120)이 코팅된 기판(100)을 미세패턴(210)이 형성되어 있는 롤 몰드(200)로 가압하게 된다. 가압하여 패턴(210)이 형성된 기판(100) 전체에 UV 광을 주사하여 이미지 감광막(120)을 경화시킨다. 패턴(210)이 형성된 기판(100)에 현상단계를 거쳐 외부에 노출된 희생층(110)을 제거하게 된다. 패턴(210)이 형성된 기판(100)에 금속막(300)을 증착하고 소프트 베이킹 공정으로 고정시키게 된다. 금속막(300)을 증착시키고 희생층(110)을 제거함으로써 잔류 이미지 감광막(120) 없이 기판(100)에 미세패턴(210)이 형성된 금속막(300)이 남게 된다. 이하 각 단계를 구체적으로 설명하도록 한다.

도 2a 내지 2h는 잔류 이미지 감광막(120) 제거공정 없이 임프린팅하는 중요 단계의 기판(100)의 측면도를 도시한 것이다.

기판(100)에 희생층(110)을 균일하게 코팅한다. 이러한 희생층(110)은 UV 광(400)에 의해 경화되지 않는 물질이어야 한다. 또한 기판(100)에서 제거할 때 잔류물질을 남기지 않는 물질이어야 한다. 희생층(110)을 코팅하고 기판(100)에 고정시키기 위해 소프트 베이킹 공정을 수행하게 된다. 도 2a는 희생층(110)이 균일하게 코팅된 기판(100)의 측면도를 도시한 것이다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 희생층(110)이 코팅된 기판(100)에 UV 광(400)에 의해 경화되는 UV 경화 감광제를 균일하게 코팅하게 된다. UV 경화 재료로는 UV 파장에 따라, 카르보닐 화합물, 유황 화합물, 아조화합물 또는 카르보닐 화합물 등을 사용한다.

희생층(110)과 UV 경화 감광제를 코팅하는 방법은 슬릿노즐을 이용한 슬릿코팅, 스프레이 코팅 또는 아닐록스 롤을 이용한 코팅방법, 롤투롤 인쇄방법 등을 사용하게 된다.

UV 경화 감광제를 코팅하여 이미지 감광막(120)을 형성하고, 이미지 감광막(120)을 희생층(110)에 고정시키기 위해 소프트 베이킹 공정을 수행하게 된다. 이는 일정한 온도로 코팅된 UV 경화 이미지 감광막(120)을 움직이지 않고 고정시키기 위한 것이다. 도 2b는 이미지 감광막(120)을 형성하고 있는 기판(100)의 측면도를 도시한 것이다.

희생층(110)과 이미지 감광막(120)을 형성한 기판(100)에 미세패턴(210)이 형성되어 있는 롤 몰드(200)로 가압하게 된다. 도 2c는 기판(100) 위에 미세패턴(210)이 형성된 롤 몰드(200)가 평행하게 일정한 간격을 두고 있는 가압 전에 모습의 측면도를 도시한 것이다. 이러한 미세패턴(210)이 있는 롤 몰드(200)로 가압 하여 기판(100)에 코팅된 이미지 감광막(120)과 희생층(110)에 패턴을 만들게 된다.

도 2d는 롤 모드로 가압된 상태의 측면도를 도시한 것이다. 도 2d에 도시된 바와 같이, 롤 몰드(200)를 가압하였을 때 롤 몰드(200)의 미세패턴(210)의 깊이는 이미지 감광막(120)의 두께보다는 크고 이미지 감광막(120)과 희생층(110)을 합한 두께보다는 작아야 한다. 롤 몰드(200)로 가압된 상태에서 도 2d에 도시된 바와 같이, UV 광(400)으로 기판(100) 전체를 주사하게 된다. UV 광(400)을 주사하면 패턴이 형성된 상태로 이미지 감광막(120)이 경화되게 된다. 하지만 희생층(110)은 UV 광(400)에 의해 경화되지 않는다. 이미지 감광막(120)이 경화될 때까지 UV 광(400)을 주사하게 된다. 이미지 감광막(120)이 모두 경화되면 롤 몰드(200)를 기판(100)에서 분리시킨다.

도 2e는 롤 몰드(200)로 이미지 감광막(120)에 패턴을 형성한 기판(100)의 측면도를 도시한 것이다. 도 2e에 도시된 바와 같이, 이미지 감광막(120)에 형성된 패턴의 모양은 롤 몰드(200)의 패턴 모양과 반대로 되어 있다. 그리고, 희생층(110)은 롤 몰드(200) 패턴의 볼록한 부분에 의해 가압된 부분이 외부에 노출되어 있고 나머지 부분은 희생층(110) 위에는 이미지 감광막(120)이 코팅되어 있다.

현상액에 의해 외부에 노출되어 있는 희생층(140)을 제거하게 된다. 현상액은 경화된 이미지 감광막(130)과는 반응하지 않으나 희생층(110)과는 반응하는 물질을 사용한다. 따라서 외부에 노출되어 있는 희생층(140)이 제거되게 한다. 현상공정 후에 이미지 감광막(120)과 희생층(110)을 정렬하기 위해 하드 베이킹 공정을 수행하게 된다.

현상 후에 기판(100)에 패턴을 형성하고자 하는 금속막(300)을 증착하게 된다. 도 2g는 금속막(300)이 증착된 기판(100)의 측면도를 도시한 것이다. 도 2g에 도시된 바와 같이, 금속막(300)은 이미지 감광막(120) 위와 기판(100) 위에 코팅되게 된다.

그 후, 기판(100)에 코팅되어 있는 희생층(110)을 모두 제거하게 되면 기판(100)에 증착된 금속막(300)이 남게 된다. 따라서, 기판(100)에 미세패턴(210)의 금속배선을 형성하게 되고 잔류 이미지 감광막(120) 제거 공정없이 임프린팅하는 공정이 마무리되게 된다. 도 2h는 희생층(110)을 제거하여 미세패턴(210)의 금속배선을 형성하고 있는 기판(100)의 측면도를 도시한 것이다. 현상액은 증착된 금속막(300)과는 반응하지 않으나 희생층(110)과는 반응하는 물질로 희생층(110)을 제거하게 된다. 희생층(110)은 잔류물질을 형성하지 않으므로 희생층(110) 제거 후에 이미지 감광막(120)을 별도로 제거하는 공정 필요없이 임프린팅 공정을 마무리할 수 있다.

(UV 레이저 빔으로 대면적에 미세패턴이 형성된 롤 몰드 제조 방법)

희생층(110)을 먼저 코팅하여 잔류 이미지 감광막(120) 제거 공정없이 임프린팅하는 방법에 쓰이는 미세패턴(210)이 형성된 롤 몰드(200)는 이하와 같은 방법으로 제조된다.

도 3은 롤 표면(510)에 UV 레이저 빔(700)을 주사하여 미세패턴(210)을 대면 적에 형성하는 방법의 흐름도를 도시한 것으로, 이하와 같은 단계에 의해 달성되어 진다.

도 3에 도시된 바와 같이, 먼저 대면적의 롤 표면(510)에 UV 레이저 또는 UV 광을 주사하면 딱딱하게 경화되는 물질(UV 경화 감광제)로 코팅을 한다. 또는 UV 레이저 또는 UV 광을 주사하면 조직이 분해되는 물질(UV 분해 감광제)로 코팅하여 감광막(620)을 형성한다(S100). 코팅 후 감광막(620)을 안정되게 고정시켜주는 소프트 베이킹 공정을 하게 된다(S200).

그리고, UV 파장의 광원을 내는 UV 레이저 다이오드(720)를 렌즈(740)에 투사시켜 UV 레이저빔(700)을 만든다. 이러한 UV 레이저 빔(700)을 감광막(620)에 주사하여 주사된 부분을 경화 또는 분해한다(S300).

UV 레이저 빔(700)을 주사한 후에, 감광막(620)을 현상액을 이용하여 선택적으로 제거하는 현상공정을 하게 된다(S400). 이때, UV 경화 감광제로 코팅한 경우 UV 레이저 빔(700)이 주사되지 않은 부분이 제거된다. 반면 UV 분해 감광제로 코팅한 경우는 UV 레이저 빔(700)을 주사한 부분이 제거된다.

현상 후 조직들을 정렬하기 위해 하드 베이킹 공정(S500)을 거쳐 롤 표면(510)에 미세패턴(210)을 대면적으로 형성(S600)하게 된다.

도 4a 내지 도 4c는 UV 레이저 빔(700)을 이용하여 롤 표면(510)에 미세패턴(210)을 형성하는 방법에 중요 단계에 롤 표면(510)의 부분 확대도를 도시한 것이다.

첫번째로, 롤 표면(510)에 UV 레이저나 UV 광을 주사하게 되면 일정 시간 후 에 경화되는 UV 경화 재료를 감광제로 하여 코팅시키게 된다. UV 경화 재료로는 UV 파장에 따라, 카르보닐 화합물, 유황 화합물, 아조화합물, 카르보닐 화합물 등을 사용한다.

또는, 롤 표면(510)에 UV 레이저나 UV 광을 주사하게 되면 UV 광을 흡수하여 일정 시간 후에 분해가 되는 UV 분해 재료를 감광제로 하여 코팅시키게 된다. UV 분해제로는 UV 파장에 따라 하이드록시 밴조페놈(Hydroxy benzophenone)과 하이드록시 패닐 밴조트리아졸(Hydroxyphenyl benzotriazole), 아닐에스터(Arylester) 또는 옥사닐라이드(Oxanilides)등을 사용된다. 도 4a는 롤 표면(510)의 확대도로서, UV 경화 감광제가 코팅된 것을 도시한 것이다.

코팅하는 방법은 슬릿노즐을 이용한 슬릿코팅, 스프레이 코팅 또는 아닐록스 롤을 이용한 코팅방법 또는 롤투롤 인쇄방법 등을 사용하게 된다.

UV 경화 또는 UV 분해 감광제를 코팅하여 감광막(620)을 형성하고, 감광막(620)을 롤 표면(510)에 고정시키기 위해 소프트 베이킹 공정을 수행하게 된다. 이는 일정한 온도로 코팅된 UV 분해 또는 경화 감광막(620)을 움직이지 않고 고정시키기 위해 하는 것이다.

다음으로 소프트 베이킹 한 UV 경화 또는 UV 분해 감광막(620)에 형성할 미세패턴(210) 모양으로 UV 레이저 빔(700)을 주사하여 감광막(620)을 경화 또는 분해한다. 도 4b는 UV 레이저빔(700)을 UV 경화 감광막(600)에 주사하여 주사된 부분의 감광막(610)을 경화하고 있는 상태를 도시한 것이다.

UV 레이저 주사 장치를 이용하여 감광막(620)에 UV 레이저 빔(700)을 주사하 게 된다. 감광막(620)이 코팅된 인쇄 롤(500)을 기어 축(840)에 고정하고 UV 레이저 빔(700)의 주사 시간을 고려하여 구동모터(820)를 작동하여 롤(500)이 회전 운동을 하게 한다. UV 레이저 빔 형성수단(800)은 축(870)에 매달려 롤(500)의 축선(880)과 평행하게 이동하게 된다. 또한 미세패턴(210)의 폭(220)을 변화시키고 싶은 경우 UV 레이저 빔 형성 수단(800)은 롤(500)의 축선(880)과 수직 방향으로 이동이 가능하다.

UV 레이저 빔(700)을 형성할 미세패턴(210) 모양으로 주사하여 UV 경화 감광막(600)을 경화 또는 UV 분해 감광막(620)을 분해한 후에, 선택적으로 감광막(620)을 제거하는 현상과정을 수행하게 된다.

구체적으로, UV 경화 감광제로 코팅하고 UV 레이저 빔(700)을 주사한 경우, 감광막(620)은 UV 레이저 빔(700)을 주사한 부분이 경화될 것이고 현상단계를 거치게 되면 경화된 감광막(610) 부분을 제외한 UV 레이저 빔(700)이 주사되지 않은 감광막(600) 부분은 모두 제거될 것이다. 따라서, UV 레이저 빔(700)이 주사된 형상으로 미세패턴(210)을 형성하게 될 것이다. 도 4c는 현상단계를 거쳐 UV 레이저 빔(700)에 의해 경화된 부분을 남기고 제거하여 미세패턴(210)이 형성된 모습을 도시한 것이다.

이렇게 UV 레이저 빔(700)을 주사하지 않은 부분의 감광막(620)을 제거할 때 쓰이는 현상액은 경화된 감광막(620)과는 반응하지 않으나, 경화되지 않은 감광막(620)과 반응할 수 있는 물질이어야 한다. 현상액으로 크실린 또는 n-부틸 아세톤 등을 사용하게 된다.

또한, UV 분해 감광제를 코팅한 경우, UV 레이저 빔(700)에 의해 분해된 감광막(620)을 제거하여 미세패턴(210)을 형성하게 된다. 따라서 현상액은 UV 레이저 빔(700)이 주사되지 않은 감광막(620)과는 반응하지 않고, UV 레이저 빔(700)에 의해 분해된 감광막(620)과 반응하여 제거할 수 있는 물질을 사용해야한다. 이러한 현상액은 수산화 나트륨, 수산화 칼륨 또는 유기물(Organic bases H₂O) 등을 사용하여 현상하게 된다.

현상을 한 후에, 패턴을 형성한 감광막(620)을 정렬하기 위하여 하드 베이킹 공정을 하게 된다. 하드 베이킹은 현상이 끝나면 현상과정에서 풀어진 조직을 다시 정렬하기 위해서 필요한 것이다.

이러한 미세패턴(210)은 롤 표면(510) 위에 패턴이 형성된 마스크를 놓고 UV 광으로 주사하는 것이 아닌, 감광막(620) 자체에 직경(710)이 미세한 UV 레이저 빔(700)을 주사하여 형성하게 된다. 따라서, 마스크를 별도로 제작할 필요가 없어 패턴을 형성할 면적을 대면적으로 하는 것이 가능하다. 감광막(620) 자체가 패턴을 형성하고 있으므로 다른 물질의 코팅, 증착공정이나 식각, 에칭공정이 필요 없고 후에 감광막(620)을 제거하는 등의 후 처리 공정도 필요하지 않다.

(UV 레이저 주사장치)

도 5는 UV 레이저빔(700)을 주사하는 구체적인 장치를 도시한 것이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 속도조절이 가능한 구동모터(820)에 기어(830)가 연결되어 있다. 기어 축(840)은 롤(500) 고정장치(810)에 의해 롤(500)과 고정되며 기어 축(840)은 2개의 지지대(860)에 의해 받쳐진다. 구동모터(820)의 작동으로 기어 축(840)과 함께 롤(500)은 축선(880)을 기준으로 회전하게 된다. UV 레이저 빔(700)은 UV 레이저 빔 형성수단(800)에 의해 주사된다. UV 레이저 빔 형성수단(800)은 축(870)에 연결되어 있어 롤(500)의 축선(880)과 평행하게 1차원 운동이 가능하다. 따라서 롤(500)의 회전 운동과 UV 레이저 빔(700)의 1축 초정밀 스테이지 이송에 의해 롤 표면(510)에 UV 레이저 빔(700)을 주사하여 2차원 패턴을 형성할 수 있게 된다. 이러한 1축 초정밀 스테이지 이송은 정밀도가 100㎚이하가 되어야 한다.

또한, UV 레이저 빔 형성수단(800)은 축선(880)과 평행한 1차원 이동뿐 아니라, UV 레이저 빔(700)이 감광막(620)과의 거리를 조절할 수 있도록 롤(500)의 축선(880)과 수직 방향으로의 이동도 가능하다.

UV 레이저 빔(700)은 사용될 UV 파장을 발광하는 UV 레이저 다이오드(720)를 초점(750)을 가지는 렌즈(740)에 투사하여 만들어진다. 렌즈(740)를 투사한 UV 광은 UV 레이저 빔(700)이 되어 미세한 크기의 직경(710)을 가지게 된다. 이러한 UV 레이저 빔(700)의 직경(710)은 초점(750)에서 멀어질수록 커지게 된다. 또한, 이러한 UV 레이저 빔(700)의 직경(710)은 렌즈(740)를 투사될 때 굴절각(θ)에 영향을 받으므로 UV 광의 파장에 따라 달라지게 된다. 결국 레이저 빔(700)의 직경(710)은 UV 광의 파장과 렌즈 초점(750)과의 거리에 의해 결정되게 된다.

구체적인 예로서, 도 6은 UV 레이저가 주사되는 부분의 확대도를 도시한 것 이다. 이것으로 레이저 빔(700)의 직경(710), UV 광의 파장 그리고 감광막(620)과 렌즈 초점(750) 간의 거리(d)가 형성할 미세패턴(210)의 폭(220)에 미치는 영향을 알 수 있다. UV 광 중에서 405㎚의 파장을 발광하는 405㎚ 레이저 다이오드(720)에 초점(750) 거리(D)가 95㎛인 렌즈(740)를 놓고 UV 광을 투사시키게 된다. UV 광이 렌즈(740)에 투사되면 UV 레이저 빔(700)으로 모아지게 되고, 굴절각(θ)은 tan^-10.5=26.565°가 된다. 초점(750)과 주사될 감광막(620)과의 거리(d)는 5㎛가 된다. 따라서, 굴절각이 26.565°이고 초점(750)과 감광막(620)과의 거리(d)를 알고 있으므로 피타고라스의 정리에 의해 주사될 감광막(620)에 UV 레이저빔(700)이 주사되는 부분의 직경(710)은 5㎛가 된다. UV 경화 감광제의 경우, 후에 현상단계에 의해 UV 레이저 빔(700)이 주사된 부분만 남게되므로 폭(220)이 5㎛인 미세패턴(210)을 형성하게 된다.

따라서, 미세패턴(210)의 폭(220)을 결정하는 요소 중 하나인 UV 광의 파장은 365㎚(l-라인), 405㎚(h-라인) 또는 436㎚(g-라인)을 사용한다. 이것은 렌즈(740)를 투사하였을 때 굴절률과 광원의 에너지를 결정하게 된다.

UV 레이저 빔(700)을 주사할 때 일정한 폭(220)의 패턴을 형성하기를 원하는 경우, UV 레이저 빔 형성수단(800)은 롤(500)의 축선(880)과 평행한 1차원 운동을 한다. 그리고 롤(500)의 회전운동에 의해 2차원 미세패턴(210)을 형성하게 된다.

그러나 미세패턴(210)의 폭(220)을 바꾸고 싶다면 레이저 빔(700)과 감광 막(620)과의 거리(d)를 조절하여 미세패턴(210)의 폭(220)을 조절할 수 있다. 즉 초점(750)과 감광막(620)과의 거리(d)가 가까운 경우, 감광막(620)에 주사되는 UV 레이저 빔(700)의 직경(710)이 작게 되므로 미세패턴(210)의 폭(220)은 작아질 것이다. 반면, 초점(750)과 감광막(620)의 거리(d)가 멀어질수록 미세패턴(210)의 폭(220)은 크게 될 것이다. 따라서, UV 레이저 빔 형성수단(800)은 롤(500)의 축선(880)과 수직 방향으로도 움직일 수 있어야 한다. 즉, 3축 초정밀 스테이지의 이송으로 레이저 빔(700)을 감광막(620)에 주사하여 미세패턴(210)을 형성하게 된다.

또한, UV 레이저 빔(700)의 주사시간은 UV 경화 감광제의 경우 경화될 때까지 한 부분을 주사하고, UV 분해 감광제의 경우 감광제가 분해될 때까지 UV레이저를 주사하게 될 것이다. 이것은 롤(500)의 회전 속도와 UV 레이저 빔(700)의 롤(500)의 축선(880) 방향에 이동속도로 조절하게 된다.

또한 감광제의 경화시간이나 분해시간은 UV 레이저의 집속에 의해 결정될 것이다. UV 레이저 빔(700)의 집속이란, 단위 면적당 UV 광의 에너지를 뜻한다. 따라서 빔(700)의 직경(710)이 작을수록 단위 면적당 에너지는 크게 되므로 집속이 클수록 UV 레이저의 주사시간은 작게 될 것이다. 감광막(620)에 주사되는 UV 레이저 빔(700)의 직경(710)이 미세패턴(210)의 폭(220)이 되므로 요구될 미세패턴(210)의 폭(220)이 작을수록 레이저의 주사시간은 작게될 것이다.

따라서, 광원 자체의 에너지는 선택한 UV 광의 파장에 따라 결정되고, 집속은 초점(750)과 감광막(620)과의 거리(d)에 따라 결정될 것이다. UV 파장 그리고 초점(750)과 감광막(620)과의 거리(d)를 고려하여 UV 레이저 주사시간을 파악하여 UV 레이저 빔(700)이 롤(500) 축선(880)에 평행하게 움직이는 이동 속도와 롤(500)의 회전속도를 결정해야 할 것이다.

도 1은 희생층을 먼저 코팅하여 잔류 이미지 감광막제거 공정없이 임프린팅하는 방법의 흐름도,

도 2a는 희생층이 코팅된 기판의 측면도,

도 2b는 희생층 위에 이미지 감광막을 형성하고 있는 기판의 측면도,

도 2c는 롤 몰드 가압 전에 기판 위에 일정한 간격을 두고 있는 롤 몰드와 기판의 측면도,

도 2d는 이미지 감광막과 희생층에 롤 몰드가 가압된 상태에서 UV 광이 주사되는 있는 기판의 측면도,

도 2e는 이미지 감광막이 패턴을 형성하고 있는 기판의 측면도,

도 2f는 외부에 노출된 희생층을 현상공정에 의해 제거된 기판의 측면도,

도 2g는 패턴이 형성된 기판에 금속을 증착한 상태의 측면도,

도 2h는 희생층을 제거하여 미세 금속배선을 형성한 기판의 측면도,

도 3은 인쇄 롤에 UV 레이저를 사용하여 미세 패턴을 형성한 롤 몰드 제조 공정의 흐름도,

도 4a는 인쇄 롤에 UV 경화 감광막을 형성한 상태의 부분 확대도,

도 4b는 UV 경화 감광막에 UV 레이저 빔을 주사하여 주사된 부분의 감광막을 경화하고 있는 상태의 부분 확대도,

도 4c는 경화되지 않은 UV 경화 감광막을 현상액에 의해 제거하여 롤 표면에 미세패턴이 형성된 상태의 부분 확대도,

도 5는 UV 레이저 빔 주사장치의 구성도,

도 6은 UV 레이저 빔을 주사하는 부분의 확대도를 도시한 것이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

100:기판

110:희생층

120:이미지 감광막

130:경화된 이미지 감광막

200:롤 몰드

210:롤 몰드 미세패턴

220:롤 몰드 미세패턴의 폭

300:금속

400:기판에 주사되는 UV 광

500:롤

510:롤 표면

600:UV 경화 감광막

610:경화된 감광막

620:감광막

700:UV 레이저 빔

710:UV 레이저 빔 직경

720:UV 레이저 다이오드

730:UV 레이저 다이오드의 UV 광

740:렌즈

750:초점

800:UV 레이저 빔 형성 수단

810:고정장치

820:구동 모터

830:기어

840:기어 축

850:베어링

860:지지대

870:축

880:축선

Claims

임프린팅하는 방법에 있어서,

광에 반응하지 않는 희생층(110)을 기판(100)에 코팅하는 단계;

상기 희생층(110)을 고정시키기 위해 소프트 베이킹하는 단계;

상기 희생층(110) 위에 상기 광에 의해 경화되는 감광제를 코팅하여 이미지 감광막(120)을 형성하는 단계;

상기 희생층(110) 및 상기 이미지 감광막(120)을 미세 배선 패턴이 형성된 임프린팅 몰드로 가압하는 단계;

상기 몰드로 가압하여 미세 배선 패턴을 형성한 상태에서 상기 광을 주사하여 상기 이미지 감광막(120)을 경화시키는 단계;

현상액으로 외부에 노출된 희생층(140)을 제거하는 현상 단계;

상기 이미지 감광막(120) 및 상기 희생층(110)을 정렬하기 위한 하드 베이킹하는 단계;

상기 기판(100)에 금속막(300)을 증착하는 단계;

상기 기판(100)에 증착된 금속막(300)을 고정시키기 위해 소프트 베이킹하는 단계;및

상기 희생층(110)을 제거하여 상기 기판(100) 위에 미세 금속배선을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잔류 감광막이 없는 임프린팅 방법.
제 1항에 있어서,

상기 임프린팅 몰드는 롤 몰드(200)인 것을 특징으로 하는 잔류 감광막이 없는 임프린팅 방법.
제 1항에 있어서,

상기 감광제는 UV광에 의해 경화되는 것이고,

상기 기판(100) 전체에 UV광(400)을 주사하며 상기 이미지 감광막(120)을 경화하는 것을 특징으로 하는 잔류 감광막이 없는 임프린팅 방법.
제 1항 또는 제 3항에 있어서,

상기 이미지 감광막을 경화하는 단계에서,

상기 UV 광의 광원은 상기 기판 하부에 위치하여 UV 광을 주사하는 것을 특징으로 하는 잔류 감광막이 없는 임프린팅 방법.
제 1항에 있어서,

상기 현상액은 상기 희생층(110)과는 반응하나 상기 경화된 이미지 감광막(130)과는 반응하지 않는 것을 특징으로 하는 잔류 감광막이 없는 임프린팅 방법.
제 1항에 있어서,

상기 희생층(110) 또는 상기 이미지 감광막(120)을 코팅하는 단계는 슬릿코팅, 스프레이 코팅, 아닐록스 롤을 이용한 코팅 또는 롤투룰 인쇄코팅인 것을 특징으로 하는 잔류 감광막이 없는 임프린팅 방법.
제2항에 있어서,

상기 미세패턴(210)이 형성된 롤 몰드(200)는,

UV 광에 의해 경화 또는 분해되는 감광제를 롤 표면에 코팅하여 감광막(620)을 형성하는 단계;

상기 감광막(620)을 고정시키기 위해 소프트 베이킹하는 단계;

상기 감광막(620)에 UV 레이저 빔(700)을 주사하는 단계;

상기 UV 레이저 빔(700)이 주사된 감광막(620)을 선택적으로 제거하는 현상단계;및

현상 후 감광막(620)을 정렬하게 하기 위해 하드 베이킹하는 단계;를 포함하여 UV 레이저를 이용한 인쇄 롤 표면에 미세패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 잔류 감광막이 없는 임프린팅 방법.
제 7항에 있어서,

상기 UV 레이저 빔(700)은,

3축 초정밀 스테이지 이송이 가능한 UV 레이저 주사장치를 통해 주사하여 미세패턴(210)을 형성하는 것을 특징으로 하는 잔류 감광막이 없는 임프린팅 방법.
제 7항에 있어서,

상기 UV 레이저 빔(700)이 주사된 감광막(620)을 선택적으로 제거하는 현상단계에서,

상기 UV 레이저에 의해 분해되는 감광막(620)의 경우는 상기 UV 레이저 빔(700)이 주사된 부분이 현상액에 의해 제거되며,

상기 현상액은 분해되지 않은 상기 감광막(620)과는 반응하지 않으나, 분해된 상기 감광막(620)과는 반응하는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 잔류 감광막이 없는 임프린팅 방법.
제 7항에 있어서,

상기 UV 레이저 빔(700)이 주사된 감광막(620)을 선택적으로 제거하는 현상단계에서,

상기 UV 레이저 의해 경화되는 감광막(620)의 경우는 상기 UV 레이저 빔(700)을 주사하지 않은 부분이 현상액에 의해 제거되며,

상기 현상액은 경화된 감광막(620)에는 반응하지 않은 것을 특징으로 하는 잔류 감광막이 없는 임프린팅 방법.
제 7항에 있어서,

상기 롤 표면(510)에 형성된 상기 미세패턴(210)의 폭(220)은 0.5~10㎛인 것 을 특징으로 하는 잔류 감광막이 없는 임프린팅 방법.
제 7항에 있어서,

상기 롤 표면(510)에 상기 미세패턴(210)이 형성된 면은 상기 미세패턴(210)이 형성되지 않은 면에 비해 상대적으로 넓은 것을 특징으로 하는 잔류 감광막이 없는 임프린팅 방법.
제 8항에 있어서,

상기 UV 레이저 주사장치는,

상기 인쇄 롤(500)을 상기 롤(500)의 축선(880)을 기준으로 회전시키는 회전 수단;

상기 롤 표면(510)과 일정한 간격을 두고 상기 축선(880)과 평행하게 구비된 축(870);

상기 축(870)을 따라 이동하여 상기 롤 표면(510)에 상기 UV 레이저 빔(700)을 주사하는 UV 레이저 빔 형성수단(800);을 포함하는 것을 특징으로 하는 잔류 감광막이 없는 임프린팅 방법.
제 13항에 있어서,

상기 회전 수단은,

속도 조절이 가능한 구동모터(820);와

상기 구동모터(820)와 연결되고 상기 축선(880)방향으로 설치되는 기어 축(840);과

상기 기어 축(840)을 지지하는 베어링(850)을 구비한 지지대(860);를 포함하는 것을 특징으로 하는 잔류 감광막이 없는 임프린팅 방법.
제 13항에 있어서,

상기 UV 레이저 빔 형성수단(800)은 UV 광을 발생하는 UV 레이저 다이오드(720);와

상기 UV 광이 투과되면서 초점(750)을 형성하는 렌즈(740);를 포함하여 상기 UV 광(730)을 상기 렌즈(740)에 투사하여 상기 초점으로 모아지는 UV 레이저 빔(700)을 형성하는 것을 특징으로 하는 잔류 감광막이 없는 임프린팅 방법.
제 15항에 있어서,

상기 UV 레이저 빔(700)의 직경(710)은 상기 UV 레이저 다이오드(720)의 파장 및 상기 렌즈(740)의 초점(750)과의 거리에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 잔류 감광막이 없는 임프린팅 방법.
제 16항에 있어서,

상기 UV 레이저 빔(700)의 직경(710)은 0.2~10㎛인 것을 특징으로 하는 잔류 감광막이 없는 임프린팅 방법.
제 13항에 있어서,

상기 UV 레이저 빔 형성 수단(800)은 상기 축선(880)과 평행하게 1차원 운동을 하게 하고, 상기 롤(500)은 회전운동을 하여 상기 UV 레이저 빔(700)에 의해 2차원의 상기 미세패턴(210)을 형성하는 것을 특징으로 하는 잔류 감광막이 없는 임프린팅 방법.
제 18항에 있어서,

상기 UV 레이저 빔 형성 수단(800)은 정밀도가 100㎚이하의 1축 초정밀 스테이지인 것을 특징으로 하는 잔류 감광막이 없는 임프린팅 방법.
제 13항에 있어서,

상기 UV 레이저 빔 형성수단(800)은 롤(500)의 축선(880)과 수직인 방향으로 움직이는 것을 특징으로 하는 잔류 감광막이 없는 임프린팅 방법.