KR20110085124A - 소수성 용액 주입을 이용한 패터닝 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소수성 용액 주입을 이용한 패터닝 방법에 관한 것으로, 기판으로 패턴 형성을 위해 상기 기판 표면 영역을 선택적으로 친수성 또는 소수성으로 표면 처리한 후 패턴을 형성하기 위한 기판 표면 처리방법에 있어서, 소수성 용액이 유동할 수 있는 유동로가 형성되도록 돌출부가 형성된 주형을 준비하고, 여기에 몰드용액을 부어 유동로가 형성된 몰드를 제작하는 단계, 상기 소수성 용액을 주입할 수 있도록 상기 몰드의 유동로와 연통되는 주입홀을 형성하는 단계, 주입홀이 형성된 몰드를 기판과 얼라인하여 접하는 단계, 상기 주입홀을 통해 소수성 용액을 주입하여 유동로에 대응하는 소수성 패턴을 형성하는 단계, 얼라인 된 상기 몰드를 기판에서 분리하는 단계 및 상기 기판으로 원하는 형상의 패턴을 패터닝하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 구성되는 본 발명은 소수성 패턴 형성의 용이성과 이와 더불어 미세 전극을 형성할 수 있는 이점이 있다.

Description

소수성 용액 주입을 이용한 패터닝 방법{patterning method using of hydrophobic liquid injection}

본 발명은 소소수성 용액 주입을 이용한 패터닝 방법에 관한 것으로, 몰드를 통해 기판으로 소수성 용액을 패터닝 한 후 기판으로 패턴을 형성시키는 소수성 용액 주입을 이용한 패터닝 방법에 관한 것이다.

PCB 공정에서 패턴을 형성하는 방식은 전면에 걸쳐 동이 입혀진 기판에서 필요한 패턴 부분만 남기고 불필요한 부분의 동은 에칭(etching)공정을 통해 없애는 방식이다.

반면에 잉크젯 분사 방식은 패턴을 형성하고자 하는 부분을 따라 전도성 물질을 함유한 액체를 분사한 후 분사한 액체 중 전도성 물질만 남기고 분사를 위해서 필요했던 전도성 물질을 포함하고 있었던 액체는 없애는 즉, 비산시키는 방식(열을 가해주어 없애는 방식을 사용)을 사용한다.

산업기술의 발전으로 다양한 기능 구현과 소형화가 요구되어지는 추세에 따라 가볍고, 얇고, 강하며, 작은 크기의 PCB 기판이 요구되고 있다. 이러한 요구사항을 확보하기 위하여 기본적으로 미세 패턴 구현이 따라야 하고, 미세하게 구현한 패턴의 신뢰성이 확보되어야 한다. 따라서 현재 PCB 공정에서 공통적으로 요구되어지는 사항은 ‘경박단소’이다.

미세 패턴의 신뢰성을 확보하기 위해 최근 주로 사용되는 기술은 회로기판의 미세패턴을 잉크젯 패터닝으로 형성시키는 기술을 사용한다. 잉크젯 방식은 미세패턴을 기판상에 직접 형성할 수 있기 때문에 종래의 리소그래피를 사용한 인쇄기술과 같이, 진공성막, 포토리소, 에칭, 레지스트 박리공정의 비용이 드는 공정을 생략할 수 있어 저렴한 가격으로 회로기판을 제작할 수 있는 효과가 있다.

잉크젯 패터닝 방식은 기판을 처리하지 않은 상태에서 잉크를 50㎛ 노즐에서 분사를 하면 잉크가 노즐에서 토출될 때 액적(drop)의 지름이 1.5배 정도 증가하며 무처리 기판에 액적이 떨어질 때 수배로 퍼지는 현상이 있어 미세패턴(배선)의 폭은 분사노즐의 수배가 되는 문제점이 있다.

또한, 잉크젯 패터닝 기술은 잉크젯 노즐의 분사조건만을 가지고 선폭을 조절하므로 잉크의 점성, 토출량, 잉크젯 노즐의 직경에 따라 미세 선폭 구현이 좌우되며, 기존 기판의 특성을 조절하여 선폭제어를 위한 방법으로는 분사 시 기판가열 방법을 사용하는 것이 대부분 이였다. 하지만, 분사 시 기판을 가열하는 방법은 잉크 토출 시 노즐의 막힘 현상을 유발할 뿐만 아니라 패턴형상의 coffee stain effect를 야기한다.

또한, 단순히 기판을 소수성 처리만 하여 잉크의 접촉각을 높여 미세패턴을 형성하는 기술을 제안되고 있으나, 잉크의 특성에 따라 분사 직 후 기판에서의 인쇄된 액적의 뭉침 현상으로 패턴의 형상이 불규칙해지는 현상이 발생한다.

도 1a 내지 도 1d는 종래 일반적인 기판 표면처리의 예를 도시하고 있다. 종래방법으로는 플라즈마 처리, UV/Ozone, 스핀코팅, 스탬프를 이용한 표면 처리로 표면 처리용 물질(주로 소수성, 반응가스)과 고가의 장비를 필요로 하는 공정으로써 경제적으로 어려움이 따르게 된다.

또한, 공정이 매우 복잡하여 생산성이 저하되는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 저해상도의 잉크젯 프린팅만으로 수 마이크로 수준의 전극을 형성시킬 수 있고, 반도체 사진공정수를 최소화할 수 있는 패터닝 방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 기판으로 패턴 형성을 위해 상기 기판 표면 영역을 선택적으로 친수성 또는 소수성으로 표면 처리한 후 패턴을 형성하기 위한 기판 표면 처리방법에 있어서, 소수성 용액이 유동할 수 있는 유동로가 형성되도록 돌출부가 형성된 주형을 준비하고, 여기에 몰드용액을 부어 유동로가 형성된 몰드를 제작하는 단계, 상기 소수성 용액을 주입할 수 있도록 상기 몰드의 유동로와 연통되는 주입홀을 형성하는 단계, 주입홀이 형성된 몰드를 기판과 얼라인하여 접하는 단계, 상기 주입홀을 통해 소수성 용액을 주입하여 유동로에 대응하는 소수성 패턴을 형성하는 단계, 얼라인 된 상기 몰드를 기판에서 분리하는 단계 및 상기 기판으로 원하는 형상의 패턴을 패터닝하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 소수성 용액 주입단계는, 열처리를 통해 소수성 용액을 고정화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 패터닝 단계 후에는, 표면에 코팅된 소수성 패턴을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 소수성 패턴은, 플루오르 계열의 소수성 용액인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 소수성 패턴 제거단계는, 플라즈마를 이용한 건식 식각, 용제를 이용한 습식 식각 중 어느 하나를 통해 제거하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 패터닝 단계는, 나노 입자 잉크를 잉크젯 방식을 통해 형성시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 몰드를 제작하는 단계는, 리소그래피를 이용하여 유동로가 형성되도록 상기 몰드를 제작하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 몰드를 제작하는 단계는, 얼라인 마크를 몰드 일측으로 형성하고, 상기 기판에 기 형성된 얼라인 마크를 통해 얼라인하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명은 저해상도(>15 micrometer)의 잉크젯 프린팅으로도 수 마이크로 수준의 전극 간격을 형성시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 실리콘 주형을 제작할 시에만 반도체 공정을 이용하고, 이 후 실리콘 주형으로 탄성체 주형을 제작하는 공정을 반복할 수 있으므로, 전극이 형성된 기판을 다수 제작하더라도 추가적인 사진 공정이 필요치 않다.

또한, 수 마이크로미터 수준의 두께를 가진 격벽이 추가적인 표면처리 없이도 소수성을 띄므로 비교적 간단하고도 효과적으로 친수성 잉크를 분리할 수 있는 효과가 있다.

도 1a 내지 도 1d는 종래 기판 표면처리방법을 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 소수성 용액 주입을 이용한 패터닝 방법의 소수성 용액주입을 위한 몰드 제작과정을 나타낸 순서도,
도 3은 도 2에 따른 몰드 제작과정을 나타낸 단면도,
도 4는 도 2에 의해 제작된 몰드를 이용하여 기판에 소수성 코팅 후 패턴 형성과정을 나타낸 사시도,
도 5는 도 4의 패턴 형성과정을 나타낸 단면도,
도 6은 소수성 용액을 주입한 후 패터닝 된 상태를 나타낸 확대도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 소수성 용액 주입을 이용한 패터닝 방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 소수성 용액 주입을 이용한 패터닝 방법의 소수성 용액주입을 위한 몰드 제작과정을 나타낸 순서도, 도 3은 도 2에 따른 몰드 제작과정을 나타낸 단면도, 도 4는 도 2에 의해 제작된 몰드를 이용하여 기판에 소수성 코팅 후 패턴 형성과정을 나타낸 사시도, 도 5는 도 4의 패턴 형성과정을 나타낸 단면도, 도 6은 소수성 용액을 주입한 후 패터닝 된 상태를 나타낸 확대도이다.

본 발명에 따른 소수성 용액주입을 이용한 패터닝 방법은, 소수성 용액이 유동할 수 있는 유동로(110)가 형성되도록 돌출부(310)가 형성된 주형(300)을 준비하고, 여기에 몰드용액을 부어 유동로(110)가 형성된 몰드(100)를 제작하는 단계, 상기 소수성 용액을 주입할 수 있도록 상기 몰드의 유동로와 연통되는 주입홀(120)을 형성하는 단계, 주입홀이 형성된 몰드를 기판(200)과 얼라인하는 단계, 상기 주입홀을 통해 소수성 용액을 주입하여 유동로에 대응하는 소수성 패턴(210)을 형성하는 단계, 얼라인 된 상기 몰드를 기판에서 분리하는 단계 및 상기 기판으로 원하는 형상의 패턴을 패터닝하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 패터닝 방법을 기판에 형성하고자 하는 소수성패턴에 대응하도록 소수성 용액 주입이 유동할 수 있는 유동로가 형성된 몰드(100)를 제작하고, 전극을 패터닝하고자 하는 기판 위에 상기 몰드를 얼라인하여 접한 다음 유동로로 소수성 용액을 주입하여 기판에 소수성 패턴을 형성하고 이를 이용하여 기판으로 전극 패턴을 형성함으로써 소수성 패턴과 전도성 패턴과의 젖음성 차이로 인하여 원하고자하는 패턴을 용이하게 형성시킬 수 있는 것에 그 목적이 있다.

우선, 유동로(110)가 형성된 몰드(100)를 제작하기 위하여 몰드에 역상인 주형(실리콘 주형 ; 300)을 제작한다. 일예로 도 2 내지 도 5의 도시는 단순 소수성 패턴(리니어형)을 도시하고 있다.

이를 위하여 주형으로 유동로 형성을 위한 마이크로미터 단위의 높이를 가지는 돌출부(310)를 형성한다. 일예로 상기 주형은 반도체 사진공정(리소그라피)을 통해 제작할 수 있다. 더불어 최종 전극 패턴 형성을 위해서는 다양하고 복잡한 유동로를 제작할 수 있다.

이렇게 준비된 주형으로 몰드용액(ex. 탄성체)을 붓고 고형화시킨 후 이형단계를 거쳐 몰드를 준비한다.

여기서 상기 몰드(100)로는 유동로가 형성되어 있고 여기로 소수성 용액 주입을 위하여 유동로와 연통되는 주입홀(120)을 천공기를 이용하여 형성한다. 이때 주입홀은 내부 공기 배기를 위하여 유동로의 양쪽으로 형성하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 주형으로는 기판과 몰드를 접할 시에 얼라인 하기 위한 얼라인 마크 형성에 필요한 돌출부(미부호)가 형성되고 이에 따라 몰드에는 얼라인 마크(130)가 형성된다.

다음으로 상기 과정에서 완성된 몰드를 기판과 얼라인 후 접하여 소수성 용액을 주입한다. 몰드에 형성된 상기 얼라인 마크(130)에 대응하도록 기판으로는 미리 얼라인 마크(230)가 형성되어 있는 것이 바람직하다.

따라서 기판과 몰드에 형성된 얼라인 마크를 통해 기판과 몰드를 접한 후 주입홀을 통해 소수성 용액을 잉크젯 헤드나 디스펜서 헤드를 통해 주입한다. 한쪽 주입홀을 통해 주입된 소수성 용액은 모세관 현상에 의해 다른 한쪽에 형성된 주입홀쪽으로 유입되면서 내부 공기는 이 주입홀을 통해 빠져나간다.

즉, 상기 유동로를 통해 유입된 소수성 용액은 유동로와 마주하는 기판 표면으로 패터닝되어 소수성 패턴(210)을 형성하게 된다. 상기 소수성 용액은 테프론과 같은 플루오르 계열의 용액을 형성하는 것이 바람직하며, 유동로의 높이에 상응하는 높이를 가지고 패터닝된다.

여기서 소수성 용액 주입 후 용액의 경화성을 가하기 위하여 일정시간 열처리하는 단계가 더 포함될 수 있다. 열처리는 오븐(oven) 이나 전열판(Hot plate)에서 행한다. 열처리 시간과 온도에 따라 생성되는 소수성 패턴의 두께 및 모양을 조절할 수 있다. 열처리 조건은 일예로 100 도의 hot plate에서 15분 정도 실시할 수 있다.

상기와 같은 단계를 거쳐 기판의 표면으로 형성된 소수성 패턴을 이용하여 전극패턴(220)을 형성한다. 도 4에 도시된 바와 같이 상기 전극패턴은 소수성 패턴을 가로질러 패터닝 하고, 이때 소수성과 패턴의 젖음성 차이로 인하여 전극패턴이 분리되어 패터닝 된다. 전극패턴은 일반적으로 잉크젯 프린팅 방식을 통해 형성할 수 있으며, 이 뿐만 아니라 공지의 다양한 프린팅 기법을 통해 형성할 수 있다.

따라서, 친수성기를 가지는 나노 입자 잉크를 이용하여 패터닝 하면 소수성 영역에 해당하는 소수성 패턴에 의해 전극패턴이 분리되어 원하는 패턴을 용이하게 얻을 수 있다.

마지막으로 전극패턴 형성 후에는 소수성 패턴을 제거한다. 제거방법으로는 플라즈마를 이용한 건식 식각이나 용제를 이용한 습식 식각 등 다양한 방법이 적용될 수 있다.

이와 같이 구성되고 작용되는 본 발명은 비교적 용이하게 제작할 수 있는 몰드를 통해 기판으로 소수성 패턴을 용이하게 형성할 수 있고, 소수성 패턴이 형성된 기판으로 패터닝함에 따라 미세한 패터닝을 용이하게 제작할 수 있어, 특히 박막형 트랜지스터의 소스/드레인 전극 형성에 매우 유리한 이점이 있다.

이상, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

100 : 몰드 110 : 유동로
120 : 주입홀 130 : 얼라인마크
200 : 기판 210 : 소수성 패턴
220 : 전극패턴 230 : 얼라인마크
300 : 주형 310 : 돌출부

Claims (8)

1. 기판으로 패턴 형성을 위해 상기 기판 표면 영역을 선택적으로 친수성 또는 소수성으로 표면 처리한 후 패턴을 형성하기 위한 기판 표면 처리방법에 있어서,
   소수성 용액이 유동할 수 있는 유동로가 형성되도록 돌출부가 형성된 주형을 준비하고, 여기에 몰드용액을 부어 유동로가 형성된 몰드를 제작하는 단계;
   상기 소수성 용액을 주입할 수 있도록 상기 몰드의 유동로와 연통되는 주입홀을 형성하는 단계;
   주입홀이 형성된 몰드를 기판과 얼라인하여 접하는 단계;
   상기 주입홀을 통해 소수성 용액을 주입하여 유동로에 대응하는 소수성 패턴을 형성하는 단계;
   얼라인 된 상기 몰드를 기판에서 분리하는 단계; 및
   상기 기판으로 원하는 형상의 패턴을 패터닝하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 소수성 용액 주입을 이용한 패터닝 방법.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 소수성 용액 주입단계는,
   열처리를 통해 소수성 용액을 고정화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소수성 용액 주입을 이용한 패터닝 방법.
   
3. 제 1항에 있어서, 상기 패터닝 단계 후에는,
   표면에 코팅된 소수성 패턴을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소수성 용액을 이용한 패터닝 방법.
   
4. 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 소수성 패턴은,
   플루오르 계열의 소수성 용액인 것을 특징으로 하는 소수성 용액을 이용한 패터닝 방법.
   
5. 제 3항에 있어서, 상기 소수성 패턴 제거단계는,
   플라즈마를 이용한 건식 식각, 용제를 이용한 습식 식각 중 어느 하나를 통해 제거하는 것을 특징으로 하는 소수성 용액을 이용한 패터닝 방법.
   
6. 제 1항에 있어서, 상기 패터닝 단계는,
   나노 입자 잉크를 잉크젯 방식을 통해 형성시키는 것을 특징으로 하는 소수성 용액을 이용한 패터닝 방법.
   
7. 제 1항에 있어서, 상기 몰드를 제작하는 단계는,
   리소그래피를 이용하여 유동로가 형성되도록 상기 몰드를 제작하는 것을 특징으로 하는 소수성 용액을 이용한 패터닝 방법.
   
8. 제 1항에 있어서, 상기 몰드를 제작하는 단계는,
   얼라인 마크를 몰드 일측으로 형성하고, 상기 기판에 기 형성된 얼라인 마크를 통해 얼라인하는 것을 특징으로 하는 소수성 용액을 이용한 패터닝 방법.
   
   

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