KR20120042022A - 패턴 제조 방법 및 패턴 전사 장치, 이를 적용한 플렉서블 디스플레이 패널, 플렉서블 태양전지, 전자책, 박막 트랜지스터, 전자파 차폐시트, 플렉서블 인쇄회로기판 - Google Patents
패턴 제조 방법 및 패턴 전사 장치, 이를 적용한 플렉서블 디스플레이 패널, 플렉서블 태양전지, 전자책, 박막 트랜지스터, 전자파 차폐시트, 플렉서블 인쇄회로기판 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 패턴 제조 방법 및 패턴 제조 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 간단한 공정으로 패턴을 반복적, 연속적으로 제조할 수 있는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 패턴 제조 방법에 의하면, 기판 상에 소수성 코팅층을 형성한 후 레이저 응용 플라즈마를 이용하여 소수성 코팅층을 선택적으로 제거하여 표면 몰드를 형성하는 제1 단계; 표면 몰드 상에, 패턴 물질을 입히고 건조시킨 후 고온 소결시켜 코팅하는 제2 단계; 표면 몰드와 대상 기판을 서로 맞대어 가압하고, 표면 몰드에서 대상 기판 방향으로 또는 대상 기판에서 표면 몰드 방향으로 레이저를 조사하는 것에 의하여 표면 몰드 상의 패턴 물질과 대상 기판이 맞대어진 부위에 발생하는 대상 기판의 점성력에 의하여 패턴 물질이 대상 기판으로 전사되는 제3 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 패턴 제조 방법 및 패턴 전사장치, 이를 적용한 플렉서블 디스플레이 패널, 플렉서블 태양전지, 전자책, 박막 트랜지스터, 전자파 차폐시트, 플렉서블 인쇄회로기판에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 간단한 공정으로 패턴을 반복적, 연속적으로 제조할 수 있는 패턴 제조 방법 및 패턴 전사장치, 이를 적용한 플렉서블 디스플레이 패널, 플렉서블 태양전지, 전자책, 박막 트랜지스터, 전자파 차폐시트, 플렉서블 인쇄회로기판에 관한 것이다.
최근 광산업, 디스플레이 산업, 반도체 산업, 바이오 산업에서 제품의 박막화 고성능화의 요구가 증가하고 있다. 그러한 요구에 부합하기 위해서는 각각의 부품을 구성하고 있는 배선 또는 기능성 박막층이 더욱더 작고 균일하게 패턴을 형성하고 있어야 한다. 그러므로 이러한 미세 패턴 제조 기술은 광학 소자, 바이오 소자, 각종 전자 기기의 미세 전극 배선, 광학 전기적 기능성 시트 등에 특히 적용 가능성이 높다.
기존의 유연 기판에 미세 패턴을 제조하는 방법에는 프린팅(Printing), 나노 임프린팅 리소그래피(Nano Imprinting Lithography, NIL), 마이크로 콘택트 프린팅(Micro Contact Printing), 레이저 어시스티드 패턴 전사(Laser Assisted Pattern Transfer, LIFT), 레이저 직접 패터닝(Laser direct patterning) 등이 있다. 그러나 이러한 제조 방법에는 각각의 공정상의 한계가 존재하며 위 미세 패턴 제조 방법의 공정상의 한계에 대하여 설명하기로 한다.
먼저 프린팅 방식에서 잉크젯(ink-jet)방식은 패턴을 만들기 위한 재료가 묽은 용액 상태여야 하기 때문에 재료가 다양하지 못하며, 일정한 액적 분사가 어렵기 때문에 균일한 패턴을 생성하기 어렵고, 잉크 소결시에 유연 기판이 열분해 될 수 있기 때문에 소결 온도가 제한적이고 따라서 PET와 같이 내열성이 낮은 기판에 대해서는 사용하기 부적합하다. 또한 액적이 기판에 묻게 하기 위해서는 기판에 표면처리가 필요한 문제가 있다.
프린팅 방식에서 롤 투 롤(roll to roll) 방식은 패턴 크기가 30~40㎛ 정도로 상대적으로 큰 패턴의 제조에 적합하고 패턴 제조 속도가 빠른 장점이 있으나, 롤 형태의 몰드는 패턴이 기하학적 형상을 갖기 때문에 몰드의 제작이 어렵고, 패턴 물질이 몰드의 홈에 잔류하여 전사 효율이 저하되는 문제가 있다. 또한, 전사효율을 높이기 위해서 표면처리와 같은 추가 공정이 요구되고, 패턴 물질이 액상 상태로 전사되므로 패턴 경계가 불명확하며, 주위 환경(온도, 습도 등)의 변화에 큰 영향을 받는 문제가 있다.
NIL 방식은 포토 레지스트(photo reisist, PR)를 사용한 에칭을 통해서 패터닝을 하므로 직접 패터닝 방식이 아니고, 잔류 PR이 발생하는 문제로 제조 과정이 복잡하며, 몰드 이격을 용이하게 하기 위한 표면처리가 필요한 문제가 있다.
마이크로 콘택트 프린팅 공정은 패턴의 크기가 수십㎛~수십nm로 넓은 범위에 걸쳐서 패턴을 제조할 수 있으나, 유연 몰드가 필요하고, 유연 몰드 제조하기 위한 추가 공정 필요하며, 가압시 유연몰드가 변형될 수 있다. 또한, 대면적의 균일한 패턴 형성이 어려우며, 전사 효율을 높이기 위한 부가공정(표면처리)이 필요한 문제가 있다.
LIFT는 레이저가 지나간 자리만 패턴이 형성되기 때문에 대면적의 패턴을 제조하기에는 제조 시간이 오래 걸리고, 레이저에 의해서 패턴의 경계가 끊어지면서 기판에 파티클이 비산하는 등 다른 공정에 비해서 패턴의 경계가 불균일하게 되는 단점이 있다.
레이저 직접 패터닝은, 유연 기판에 레이저를 직접 조사되면 유연 기판의 낮은 내열성으로 인하여 쉽게 기판이 손상되므로 적용 가능한 기판이 제한적이고, 모든 패턴을 레이저가 스캔해야 하므로 패턴을 대량생산하는 데에 부적합하다. 한편, 녹는점이 낮은 수nm의 파티클로 이루어진 금속 잉크를 사용하여 레이저를 직접 유연 기판에 조사하여 패터닝하는 예가 있기는 하나, 그러한 잉크는 매우 고가이기 때문에 제조비 인상이 초래되고, 사용 가능한 재료에 한계가 있는 문제가 있다.
그리고 표면처리공정을 대면적으로 모든 기판에 적용하는 것은 균일도가 낮고, 증착 방식이 필요하기 때문에 부적합하다.
따라서, 위에서 설명한 패턴 제조 방법의 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 패턴을 대량 생산 하는 데에 적합한 패턴 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 패턴 제조 비용이 저렴하고 빠르게 패턴을 제조할 수 있는 패턴 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 패턴이 전사될 기판이 열변형되지 않는 패턴 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 내열성이 낮은 기판에도 패터닝이 가능한 패턴 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 전사된 패턴의 경계의 균일도가 향상된 패턴 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 주변 환경에 따라서 패턴의 크기나 품질이 변하지 않는 패턴 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 패턴의 두께를 용이하게 변화 시킬 수 있는 패턴 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 레이저 초점 크기보다도 작은 패턴을 제조할 수 있는 패턴 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 레이저를 이용하여 대상 기판에 직접 패터닝하지 않고, 선택적으로 잉크가 코팅된 표면 몰드를 이용하여 대상 기판에 패터닝을 하여 대량 생산에 적합한 패턴 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
청구항 1에 관한 발명인 패턴 제조 방법은, 기판 상에 소수성 코팅층을 형성한 후 레이저 응용 플라즈마를 이용하여 소수성 코팅층을 선택적으로 제거하여 표면 몰드를 형성하는 제1 단계; 표면 몰드 상에, 패턴 물질을 입히고 건조시킨 후 고온 소결시켜 코팅하는 제2 단계; 표면 몰드와 대상 기판을 서로 맞대어 가압하고, 표면 몰드에서 대상 기판 방향으로 또는 대상 기판에서 표면 몰드 방향으로 레이저를 조사하는 것에 의하여 표면 몰드 상의 패턴 물질과 대상 기판이 맞대어진 부위에 발생하는 대상 기판의 점성력에 의하여 패턴 물질이 대상 기판으로 전사되는 제3 단계를 포함한다.
따라서, 청구항 1에 관한 발명인 패턴 제조 방법에 의하면, 레이저 응용 플라즈마를 이용하기 때문에 레이저 초점 크기보다 작은 패턴을 제조할 수 있다. 또한, 패턴 물질을 입힌 표면 몰드를 이용하기 때문에, 패턴 물질을 단지 표면 몰드에 코팅하는 것만으로도 최종적으로 전사될 패턴과 동일한 패턴을 형성할 수 있고, 패턴 제조 비용이 저렴하고 패턴 제조 속도가 빠르게 된다. 또한, 표면 몰드에서 대상 기판 방향으로 또는 대상 기판에서 표면 몰드 방향으로 레이저를 조사하기 때문에 내열성이 낮은 대상 기판에도 패터닝이 가능하다. 게다가 반복적으로 동일한 패턴을 제조하는 데에도 유리하다.
청구항 2에 관한 발명인 패턴 제조 방법은, 청구항 1에 관한 발명인 패턴 제조 방법에 있어서, 제1 단계는 기판 상으로 비산되는 플라즈마 유발층의 파티클을 제거하는 단계를 더 포함한다.
따라서, 청구항 2에 관한 발명인 패턴 제조 방법에 의하면, 비산된 소수성 코팅층을 제거하므로 패턴의 경계 및 균일도가 더욱 향상된다.
청구항 3에 관한 발명인 패턴 제조 방법은, 청구항 2에 관한 발명인 패턴 제조 방법에 있어서, 제1 단계는 플라즈마 유발층의 파티클을 제거하기 전에 표면 몰드를 고온에서 아닐링(annealing)한다.
따라서, 청구항 3에 관한 발명인 패턴 제조 방법에 의하면, 소수성 코팅층의 손상을 방지할 수 있다.
청구항 4에 관한 발명인 패턴 제조 방법은, 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 관한 발명인 패턴 제조 방법에 있어서, 제2 단계에서 사용되는 패턴 물질은 친수성의 유기금속잉크이다.
따라서, 청구항 4에 관한 발명인 패턴 제조 방법에 의하면, 패턴 물질이 친수성의 기판과 더욱 잘 붙을 수 있게 되어 패턴의 경계 및 균일도가 더욱 향상된다.
청구항 5에 관한 발명인 패턴 제조 방법은, 청구항 4에 관한 발명인 패턴 제조 방법에 있어서, 제2 단계는 친수성의 유기금속잉크를 코팅하여 소결시키는 것을 복수회 반복하는 단계이다.
따라서, 청구항 5에 관한 발명인 패턴 제조 방법에 의하면, 패턴 물질을 코팅하여 소결시키는 것을 복수회 반복하기 때문에, 패턴 물질의 두께를 원하는 대로 조절할 수 있다.
청구항 6에 관한 발명인 패턴 제조 방법은, 청구항 4에 관한 발명인 패턴 제조 방법에 있어서, 제2 단계는 표면 몰드 상에 친수성의 유기금속잉크를 코팅하기 전에 소수성이 약한 물질을 먼저 코팅하는 단계이다.
따라서, 청구항 6에 관한 발명인 패턴 제조 방법에 의하면, 대상 기판에 패턴 물질을 전사하는 것이 더욱 용이하게 된다.
청구항 7에 관한 발명인 패턴 제조 방법은, 청구항 5에 관한 발명인 패턴 제조 방법에 있어서, 제2 단계는 표면 몰드 상에 친수성의 유기금속잉크를 코팅하기 전에 소수성이 약한 물질을 먼저 코팅하는 단계이다.
따라서, 청구항 7에 관한 발명인 패턴 제조 방법에 의하면, 대상 기판에 패턴 물질을 전사하는 것이 더욱 용이하게 된다.
청구항 8에 관한 발명인 패턴 전사 장치는, 폴리머 물질을 포함하고, 일 면이 롤에 감겨져 있는 유연 기판; 상면에 형성된 소수성 코팅층이 선택적으로 제거된 후 패턴 물질이 코팅되어 있으며, 유연 기판의 하부에 서로 맞닿은 채로 가압되도록 배치되는 기판; 기판의 하면에 배치되어 기판을 이동시키는 이동부; 및 기판으로부터 유연 기판 방향으로 또는 유연 기판으로부터 기판 방향으로 레이저를 조사하는 레이저 조사부;를 포함하고, 이동부를 작동시켜 기판이 이동되면서, 유연 기판과 기판이 서로 맞대어 가압되며, 레이저 조사부로부터의 레이저에 의하여 패턴 물질과 유연 기판이 맞대어진 부위에서 발생하는 유연 기판의 점성력에 의하여 패턴물질이 유연 기판으로 전사된다.
따라서, 청구항 8에 관한 발명인 패턴 전사 장치에 의하면, 패턴 물질이 코팅된 기판과 유연 기판을 서로 맞닿은 채로 가압하고, 레이저 광을 패턴 물질과 유연 기판이 맞대어진 부위에 조사하며, 이때 발생된 유연 기판의 점성력에 의하여 패턴 물질을 유연 기판에 전사하고 있기 때문에, 레이저를 이용하여 유연 기판에 패턴을 전사시킬 수 있고, 유연 기판에 전사된 패턴의 경계가 명확하며, 대면적에 패턴을 균일하게 형성할 수 있다. 또한, 본 패턴 전사 장치에 의하면, 기판을 이동하면서 기판 상에 코팅된 패턴 물질을 레이저 광을 이용하여 롤에 감겨진 유연 기판에 전사시키고 있기 때문에, 연속적인 전사공정을 수행할 수 있다.
청구항 9에 관한 발명인 플렉서블 디스플레이 패널은, 청구항 1에 관한 발명인 패턴 제조 방법에 의하여 전사된 패턴에 의하여 형성되는 전극을 포함한다.
따라서, 청구항 9에 관한 발명인 플렉서블 디스플레이 패널은, 전극 배선의 경계가 명확하며, 균일한 전극 배선을 가지는 플렉서블 디스플레이 패널을 제공할 수 있다.
청구항 10에 관한 발명인 플렉서블 태양전지는, 청구항 1에 관한 발명인 패턴 제조 방법에 의하여 전사된 패턴에 의하여 형성되는 전극을 포함한다.
따라서, 청구항 10에 관한 발명인 플렉서블 태양전지는, 전극 배선의 경계가 명확하며, 균일한 전극 배선을 가지는 플렉서블 태양전지를 제공할 수 있다.
청구항 11에 관한 발명인 전자책은, 청구항 1에 관한 발명인 패턴 제조 방법에 의하여 전사된 패턴에 의하여 형성되는 전극을 포함한다.
따라서, 청구항 11에 관한 발명인 전자책은, 전극 배선의 경계가 명확하며, 균일한 전극 배선을 가지는 전자책을 제공할 수 있다.
청구항 12에 관한 발명인 전자파 차폐시트는, 청구항 1에 관한 발명인 패턴 제조 방법에 의하여 전사된 패턴을 가진다.
따라서, 청구항 12에 관한 발명인 전자파 차폐시트는, 전자파 차폐시트용 필름 상에 전사된 패턴의 경계가 명확하고, 균일한 패턴을 가지는 전자파 차폐시트를 제공할 수 있다.
청구항 13에 관한 발명인 박막 트랜지스터는, 청구항 1에 관한 발명인 패턴 제조 방법에 의하여 전사된 패턴에 의하여 형성되는 게이트 전극, 소스 전극, 드레인 전극을 포함한다.
따라서, 청구항 13에 관한 발명인 박막 트랜지스터는, 전극배선의 경계가 명확하고, 균일한 전극배선을 가지는 박막 트랜지스터를 제공할 수 있다.
청구항 14에 관한 발명인 플렉서블 인쇄회로기판은, 청구항 1에 관한 발명인 패턴 제조 방법에 의하여 전사된 패턴에 의하여 형성되는 전도성 배선을 포함한다.
따라서, 청구항 14에 관한 발명인 플렉서블 인쇄회로기판은, 전도성 배선의 경계가 명확하고, 균일한 전도성 배선을 가지는 인쇄회로기판을 제공할 수 있다.
본 발명은 패턴을 대량 생산 하는 데에 적합한 패턴 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 패턴 제조 비용이 저렴하고 빠르게 패턴을 제조할 수 있는 패턴 제조 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 패턴이 전사될 기판이 열변형되지 않는 패턴 제조 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 내열성이 낮은 기판에도 패터닝이 가능한 패턴 제조 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 전사된 패턴의 경계의 균일도가 향상된 패턴 제조 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 주변 환경에 따라서 패턴의 크기나 품질이 변하지 않는 패턴 제조 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 패턴의 두께를 용이하게 변화 시킬 수 있는 패턴 제조 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 레이저 초점 크기보다도 작은 패턴을 제조할 수 있는 패턴 제조 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 레이저를 이용하여 대상 기판에 직접 패터닝하지 않고, 선택적으로 잉크가 코팅된 표면 몰드를 이용하여 대상 기판에 패터닝을 하여 대량 생산에 적합한 패턴 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 제1항의 패턴 제조 방법의 순서를 나타내는 순서도.
도 2는 패턴을 제조하는 일련의 과정을 도시한 도면.
도 3은 기판으로부터 유연 기판으로 패턴 물질이 전사되는 원리를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 패턴 제조 방법을 이용하여 패턴 제조를 연속적으로 가능하게 하는 패턴 전사장치를 나타낸 도면.
도 2는 패턴을 제조하는 일련의 과정을 도시한 도면.
도 3은 기판으로부터 유연 기판으로 패턴 물질이 전사되는 원리를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 패턴 제조 방법을 이용하여 패턴 제조를 연속적으로 가능하게 하는 패턴 전사장치를 나타낸 도면.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 첨부된 도면은 본 발명의 내용을 보다 쉽게 개시하기 위하여 설명되는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 첨부된 도면의 범위로 한정되는 것이 아님은 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 알 수 있을 것이다. 본 발명의 장점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
한편, 기판(20)은 소수성 코팅층을 코팅하기 용이하고, 내열성, 광투과성이 좋은 유리(glass)와 같은 기판인 것이 바람직하다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 고온의 레이저를 잘 투과시킬 수 있는 투명재료를 포함하는 다른 재질의 기판(20)일 수도 있다.
도 1은 제1항의 패턴 제조 방법의 순서를 나타내는 순서도이고, 도 2는 패턴을 제조하는 일련의 과정을 도시한 도면이고, 도 3은 기판(20)으로부터 유연 기판(81)으로 패턴 물질(50)이 전사되는 원리를 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 패턴 제조 방법을 설명하도록 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 패턴 제조방법은, 기판(20) 상에 소수성 코팅층(10)을 형성한 후 레이저 응용 플라즈마를 이용하여 소수성 코팅층(10)을 선택적으로 제거하여 표면 몰드(90)를 형성하는 제1 단계; 표면 몰드(90) 상에, 패턴 물질(50)을 넣어 건조시킨 후 고온 소결시켜 코팅하는 제2 단계; 표면 몰드(90)와 대상 기판(80)을 서로 맞대어 가압하고, 표면 몰드(90)에서 대상 기판(80) 방향으로 레이저를 조사하는 것에 의하여 표면 몰드(90) 상의 패턴 물질(50)과 대상 기판(80)이 맞대어진 부위에 발생하는 대상 기판(80)의 점성력에 의하여 패턴 물질(50)이 대상 기판(80)으로 전사되는 제3 단계를 포함한다.
제1 단계에서는 먼저 유리와 같은 경한 기판(20)에 소수성(hydrophobic) SAM(Self-Assembled Monolayers, 이하 "SAM"이라 함) 층을 형성한다. 소수성 코팅층(10)에 대한 설명을 위하여 SAM 층을 예로 들어 설명하기 때문에, 이하부터는 도면부호 10에 대해서 SAM층으로 명명한다. SAM 층은 액상 제조 또는 기상 증착 방식을 통하여 형성될 수 있으며, 통상적으로는 FOTS(tridecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrooctyltrichlorosilane)으로 구현된다. 다음으로, 레이저 응용 플라즈마를 이용하여 기판(20) 상에 코팅되어 있는 SAM 층을 선택적으로 제거하여 표면 몰드(90)를 형성하게 된다.
SAM 층(10)은 일반적으로 투명하기 때문에 통상적인 레이저와는 반응하지 않으며 따라서 통상적인 레이저로는 SAM 층(10)을 제거할 수 없다. 이러한 어려움에도 불구하고 표면 몰드(90)를 제조하기 위해서 본 발명에서는 레이저 응용 플라즈마를 이용하여 SAM 층(10)을 제거하는 방식을 사용하게 되었다. 좀더 자세하게 설명하면, 레이저가 특정 재료에 조사되었을 때 생기는 플라즈마를 이용하여 기판(20)에 코팅된 SAM 층(10)을 선택적으로 제거하는 것을 말한다. 레이저 응용 플라즈마를 이용하여 SAM 층(10)을 제거하는 방식은 도 2(b)를 참조하면 더욱 쉽게 알 수 있다. SAM 층(10)이 코팅되어 있는 기판(20) 상에 소정의 간격을 둔채로 플라즈마 유발층(30)을 배치한 후에 SAM 층(10)이 코팅되어 있는 면의 반대편의 기판(20)의 면쪽에서 레이저를 조사하면, 레이저가 기판(20)과 SAM 층(10)을 차례로 통과하고 플라즈마 유발층(30)까지 도달하면 SAM 층(10)과 플라즈마 유발층(30) 사이에서 플라즈마가 발생하며, 이 플라즈마에 의하여 SAM 층(10)이 선택적으로 제거된다. 이 때 SAM 층(10)과 플라즈마 유발층(30)과의 간격, 레이저의 초점 크기, 레이저의 출력, 펄스폭, 펄스 반복률(pulse repetition rate), 레이저 초점의 이송속도에 따라서 SAM을 제거하여 박리시키는 영역을 변화시킬 수 있다. 강한 플라즈마 플룸(plume)에 의하여 순간적으로 SAM이 제거되기 때문에 플라즈마의 크기와 간격 조절로 레이저 초점 크기(spot size)보다 더 미세한 사이즈로 SAM을 제거할 수 있다. 이 때 사용되는 레이저는 CW 레이저(continuous wave laser) 또는 펄스 레이저(pulsed laser)등이 있고, 플라즈마 유발층(30)은 금속으로 이뤄진 것이 일반적이나, 반드시 금속이 아니라도 레이저와 반응시에 플라즈마를 일으킬 수 있는 재료라면 어떠한 재료라도 플라즈마 유발층(30)을 이룰 수 있다.
레이저 응용 플라즈마가 발생하면 표면 몰드(90) 쪽으로 플라즈마 유발층(30)이 파티클이 되어 비산된다. 플라즈마 유발층(30)이 금속인 경우에는 금속 파티클이 비산하게 된다. 이러한 금속 파티클을 그대로 방치하면 표면 몰드(90)가 거칠어지고 표면 몰드(90)의 균일도나 품질이 저하되는 문제가 있기 때문에 금속 파티클을 제거할 필요가 있다. 따라서 제1 단계는 기판(20) 상으로 비산되는 플라즈마 유발층의 파티클(31)을 제거하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. 도 2(d)를 참조하면, 금속 파티클을 제거하기 위한 간단한 방법으로서 염화수소(HCl)등의 산성 용액에 SAM 층(10)이 코팅된 기판(20)을 담그는 방법이 도시되어 있다. 담그는 시간은 사용되는 산의 종류와 농도에 따라서 수~수십초가 될 수 있다.
플라즈마 유발층의 파티클(31)을 제거하는 방법으로 산성 용액을 이용하는 방법이 제시되었지만, 이외에도 플라즈마 유발층의 파티클(31)을 제거할 수 있는 방법이라면 어떠한 방법이든 사용될 수 있다. 예컨대, 초음파세척을 하거나 세척액(40)을 분사하여 플라즈마 유발층의 파티클(31)을 제거할 수도 있으며, 이 중 어떠한 방식을 취하더라도 무방하다. 그리고, 당업자는 초음파 세척 또는 세척액(40)을 분사하여 플라즈마 유발층의 파티클(31)을 제거할 제거할 수 있는 것에 대하여 용이하게 알 수 있을 것이다.
플라즈마 유발층의 파티클(31)을 제거하기 전에 기판(20) 상에 형성된 SAM 층(10)의 손상을 막기 위하여, SAM 층(10)이 형성된 기판(20)을 고온에서 아닐링(annealing)하는 것이 바람직하며, 이 아닐링 하는 단계는 도 2(c)를 참고하면 쉽게 알 수 있다.
다만, 파티클은 레이저 조사 조건에 따라서 없을 수도 있으며 이 경우에는 제1 단계가 플라즈마 유발층의 파티클(31)을 제거하는 단계를 포함할 필요가 없다.
제2 단계는 표면 몰드(90) 상에 패턴 물질(50)을 넣고 패턴 물질(50)을 건조시킨 후 고온 소결시켜 코팅하는 단계이다. 패턴 물질(50)이 최종적으로 패턴이 전사되어야 할 대상 기판(80)에 액체 상태로 전사되면 패턴의 경계가 불명확하게 되므로 패턴 물질(50)은 고체 상태에서 대상 기판(80)에 전사되는 것이 바람직하다. 특히, 대상 기판(80)이 유연 기판(81)인 경우에는 유연 기판(81)의 내열성이 낮기 때문에 패턴 물질(50)을 소결하는 온도의 제한이 있으므로 패턴 물질(50)을 고온으로 소결하여 고체 상태로 만든 후에 이 고체 상태의 패턴 물질(50)이 최종적으로 대상 기판(80)에 전사되는 것이 바람직하다.
패턴 물질(50)이 담겨 있는 저장조에 표면 몰드(90)를 담궜다가 빼게 되면 SAM 층(10)이 제거된 부분에만 패턴 물질(50)이 입혀지게 된다. 이 패턴 물질(50)을 건조시키고 고온 소결시킨다. 패턴 물질(50)을 건조시키는 데에는 가열 램프, 열판(hot plate) 또는 컨벡션 오븐(convection oven)을 사용한 방법 등이 있다.
가열 램프로 표면 몰드(90)를 가열하면 표면 몰드(90)에 입혀진 패턴 물질(50)이 소결되는데, 가열 램프로 가열하는 것은 복사열을 이용한 것이다. 이러한 방식은 원하는 온도를 설정하여 그 온도를 유지한 채로 가열하는 것은 어렵지만, 열판 또는 컨벡션 오븐으로 가열하는 방식에 비교했을 때, 연속공정이 가능하고, 균일한 온도로 가열하는 데에는 유리하다.
열판으로 기판(20)을 가열하는 것은 전도(conduction)를 이용한 것이고, 컨벡션 오븐으로 기판(20)을 가열하는 것은 대류를 이용한 것이다. 이러한 방식은 연속공정과 균일한 온도로 가열하는 것은 어렵지만, 복사열을 이용한 가열램프로 가열하는 방식에 비해 원하는 온도를 설정하여 그 온도를 유지한 채로 가열하는 데에는 유리하다.
패턴 물질(50)은 친수성의 유기금속잉크인 것이 바람직하다. 그리고, 패턴의 두께를 조절하기 위하여 표면 몰드(90)에 패턴 물질(50)을 입히고, 패턴 물질(50)을 건조시키고 고온 소결시키는 것을 복수회 반복할 수 있다. 패턴의 두께를 두껍게 하려면 반복의 횟수를 늘리면 된다. 이렇게 간단한 방식으로 패턴의 두께 조절이 가능하게 된다. 도 2(e)는 SAM 층(10)이 제거된 부분에만 패턴 물질(50)이 입혀지고 건조되고 고온 소결된 상태를 나타낸다.
패턴 물질(50)의 표면 몰드(90)에 대한 부착력이 너무 강하면 최종적으로 패턴이 전사되어야 할 대상 기판(80)에 패턴을 전사할 때 전사효율이 저하될 수 있는 문제가 있다. 따라서, 패턴 물질(50)의 표면 몰드(90)에 대한 부착력을 의도적으로 떨어뜨릴 필요가 있다. 패턴 물질(50)을 친수성의 유기금속잉크를 사용하는 경우에는 소수성이 약한 HMDS나 OTS같은 물질을 표면 몰드(90)에 코팅한 후 표면 몰드(90)에 친수성의 유기금속잉크를 입히고 건조시키고 고온 소결시키는 것이 바람직하다. 이처럼 소수성이 약한 물질을 표면 몰드(90)에 코팅하는 것을 통해 최종적으로 패턴이 전사되어야 할 대상 기판(80)에 패턴이 더욱 쉽게 전사되며 최종적인 패턴의 품질이 상승하는 효과가 있게 된다.
제3 단계는 표면 몰드(90)와 대상 기판(80)을 서로 맞대어 가압하고, 표면 몰드(90)에서 대상 기판(80) 방향으로 또는 대상 기판(80)에서 표면 몰드(90) 방향으로 레이저를 조사하는 것에 의하여 표면 몰드(90) 상의 패턴 물질(50)과 대상 기판(80)이 맞대어진 부위에 발생하는 대상 기판(80)의 점성력에 의하여 패턴 물질(50)이 대상 기판으로 전사되는 단계이다.
도 2(f)를 참조하면, 최종적으로 패턴이 전사되어야 할 대상 기판(80)이 기판(20)의 패턴 물질(50)이 전사되어 있는 면에 접촉되어 있고, 표면 몰드(90)와 대상 기판(80)이 서로 맞닿은 채로 가압된다. 여기서 표면 몰드(90)는 기판이 패턴 물질(50)이 전사되어 있는 기판을 가리킨다. 이 상태에서 기판의 패턴 물질(50)이 전사되어 있는 면의 반대 면에서 대상 기판(80) 방향으로 레이저가 조사된다. 다시말해, 표면 몰드(90)에서 대상 기판(80) 방향으로 레이저가 조사된다. 단, 도 2(f)에 도시된 것과는 달리 대상 기판(80)에서 표면 몰드(90) 방향으로 레이저가 조사되어도 무방하다. 레이저가 조사되면 표면 몰드(90) 상의 패턴 물질(50)과 대상 기판(80)이 맞대어진 부위에서 대상 기판(80)에 점성력이 발생하는데, 이 대상 기판(80)의 점성력에 의하여 패턴 물질(50)이 대상 기판(80)으로 전사된다.
도 3을 참조하여 대상 기판(80)의 점성력에 의하여 패턴 물질(50)이 대상 기판(80)으로 전사되는 과정을 보다 구체적으로 설명한다. 패턴 물질(50)이 전사되어 있는 기판(20)이 대상 기판(80)과 접촉되고 서로 가압된 상태에서 초점화되지 않은 레이저가 기판(20)에서 대상 기판(80) 방향으로 조사되면, 패턴 물질(50)은 열전도도가 빨라서 신속하게 패턴 물질(50)의 깊이 방향으로 열이 전파된다. 그러나, 대상 기판(80)은 낮은 열전도도를 가지므로, 대상 기판(80)과 패턴 물질(50)의 열전도도의 차이에 의하여 열이 대상 기판(80)과 패턴 물질(50) 사이에서 누적된다. 따라서, 대상 기판(80)과 패턴 물질(50) 사이에 누적된 열(accumulated heat)에 의하여 대상 기판(80)의 표면 부분만 순간적으로 유리 천이 온도(재료가 연성에서 취성으로 급격하게 변하는 온도)까지 상승하게 된다. 이때, 대상 기판(80)의 표면 온도가 유리 천이 온도에 도달하게 되면, 대상 기판(80)은 강한 점성을 가지게 된다. 이때, 대상이 가지는 강한 점성으로 인하여, 대상 기판(80)과 패턴 물질(50) 사이의 접착력은 기판(20)과 패턴 물질(50) 사이의 접착력보다 더 크게 된다. 이러한 대상 기판(80)과 패턴 물질(50) 사이의 강한 접착력에 의하여 패턴 물질(50)이 대상 기판(80)으로 전사된다. 이후 냉각이 이루어지면 대상 기판(80)은 다시 원래의 특성을 가진다. 이렇게 전사된 패턴은 원래 기판(20)에 패터닝된 패턴 형상과 동일한 형상을 가진다. 전사가 완료되어 대상 기판(80)에 패턴이 형성되어 있는 상태의 최종 결과물은 도 2(g)에 나타나 있다. 전사가 완료된 후 표면 몰드(90)는 폐기되는 것이 아니라 재사용이 가능하다.
도 4는 본 발명의 패턴 제조 방법을 이용하여 패턴 제조를 연속적으로 가능하게 하는 패턴 전사 장치를 나타낸 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 패턴 제조 방법을 이용하여 패턴 제조를 연속적으로 가능하게 하는 패턴 전사 장치는 유연 기판(81), 기판(20), 이동부(300), 레이저 조사부(400)를 포함한다.
유연 기판(81)은, 폴리머 물질로 이루어져 있으며, 일 면이 롤(R)에 감겨져 있다. 유연 기판(81)의 양 측이 두 개의 롤러(A, B)에 감겨져 화살표 방향으로 이동될 수 있다. 또한, 롤(R)과 유연 기판(81)의 일면 사이에 충진재 또는 쿠션재를 넣어서 유연 기판(81)과 기판(20)의 접촉을 향상시킬 수 있다.
기판(20)은, 유연 기판(81)의 하부에 서로 맞닿은 채로 가압되도록 배치되고, 그 상면에 SAM 층(10)이 선택적으로 제거된 후 패턴 물질(50)이 코팅되어 있으며 그 패턴 물질(50)은 건조되고 고온 소결된 상태이다. 이후 기판(20)으로부터 유연 기판(81) 방향으로 또는 유연 기판(81)으로부터 기판(20) 방향으로 레이저가 조사되어 유연 기판(81)에 패턴 물질(50)이 전사된다. 기판(20) 상에 코팅된 패턴 물질(50)은, 이동부(300)의 이동에 의하여 유연 기판(81) 상으로 연속적으로 전사된다. 한편, 기판(20)은, 조사되는 레이저를 투과시키기 위하여 유리와 같은 투명한 기판(20)인 것이 바람직하다.
이동부(300)는, 기판(20)의 하면에 배치되어 기판(20)을 이동시킨다. 이때, 이동부(300)는 기판(20)을 이동시켜, 유연 기판(81)과 기판(20)이 서로 맞닿은 채로 가압되도록 한다. 이동부(300)의 하부 바닥면에는 이동의 편의성을 위한 롤러(310)를 설치하여 이동부(300)가 쉽게 이동될 수 있도록 한다. 본 패턴 전사장치는, 이동부(300)를 이용하여 기판(20)을 이동시켜가며 패턴을 전사하고 있기 때문에, 대면적의 패턴 전사가 가능하다.
레이저 조사부(400)는, 패턴 물질(50)으로부터 유연 기판(81) 방향으로, 즉 기판(20)으로부터 유연 기판(81) 방향으로 라인 빔 형태의 레이저를 조사한다. 이때, 이동부(300)에 의하여 기판(20)이 이동되면서, 레이저의 조사에 의하여 발생되는 패턴 물질(50)과 유연 기판(81)이 맞대어진 부위에서 발생하는 유연 기판(81)의 점성력에 의하여 패턴 물질(50)이 유연 기판(81) 상으로 전사된다. 이때, 레이저 조사부(400)에 의하여 조사된 레이저는, 유연 기판(81)과 기판(20)이 맞대어진 부위의 기판(20) 상의 패턴 물질(50)만을 가열한다. 그러면, 열전도도가 높은 패턴 물질(50)과 열전도도가 상대적으로 낮은 유연 기판(81) 사이에 열이 누적된다. 이때, 유연 기판(81)과 기판(20)이 맞대어진 부위에 누적된 열에 의하여, 유연 기판(81)의 온도가 유리 천이 온도까지 상승되었을 때, 유연 기판(81)은 강한 점성을 갖게 되고, 유연 기판(81)이 가지는 강한 점성으로 인하여, 패턴 물질(50)이 유연 기판(81)으로 전사된다. 그리고, 패턴 물질(50)의 특성에 따라 레이저의 출력, 조사 면적, 이동부(300)의 이송 속도가 조절될 수 있다.
한편, 본 패턴 전사장치는, 레이저의 조사방식으로, CW 레이저(continuous wave laser) 레이저 방식과 펄스 레이저(pulsed laser) 방식이 사용될 수 있다. 여기서, CW 레이저(continuous wave laser) 레이저 방식은, 레이저 내부의 공진기(resonator)에서 밀도 반전(population inversion)을 통하여 레이저 방출을 하는 방식이다.
이와 같이, 본 패턴 전사 장치에 의하면, 패턴 물질(50)을 고체 상태에서 직접 전사하고 있기 때문에, 패턴 경계가 향상되고, 높은 세장비(slenderness ratio)의 구현을 가능하게 한다. 또한, 본 패턴 전사 장치는, 유연 기판(81)에 패턴 물질(50)을 전사시킬 수 있고, 또한 이러한 공정이 연속공정으로 가능하기 때문에, 위와 같은 제품들을 빠르고 값싸게 제조할 수 있고, 전극 배선의 밀도를 기존보다 더 조밀하게 제조하여 제품의 성능을 향상시킬 수 있다.
지금까지 설명한 패턴 전사 방법은 대상 기판(80)이 유연 기판(81)인 경우에 적용도가 크다. 통상적으로 유연 기판(81)은 폴리머 소재로 만들어지며, 예컨대 PI 필름으로 만들어지는데, 이러한 폴리머 소재는 350˚C 정도의 온도에서는 대부분 녹아버리게 되므로, 유연 기판(81)에 열이 많이 가해지는 패턴 전사 방법은 유연 기판(81)에는 적용할 수 없다. 따라서, 본 발명에 따른 패턴 전사 방법이 유연 기판(81)에 특히 적용도가 크게 되는 것이다. 그리고, 패턴 물질(50)이 건조 소결된 상태에서 전사과정이 수행되기 때문에, 본 발명에 따른 패턴 제조 방법에 의하여 제조된 패턴의 크기나 품질 등이, 습도, 온도 등 주변 환경의 변화에 좌우되지 않는다.
본 발명에 따른 패턴 제조 방법이 적용되는 예에 대하여 설명하기로 한다.
전자파 차폐 시트는 각종 전자기기에서 방출되는 전자파가 인체에 유해하기 때문에 전자기기 밖으로 전자파가 방출 되지 않게 하기 위해서 사용되는 것이다. 그러나 이러한 전자파 차폐 제품 중에서 디스플레이용 특히, PDP용 전자파 차폐 시트는 화면에 붙이기 때문에 빛 투과성도 있으면서 전자파 차폐 성능도 뛰어나야 한다. 그러기 위해서는 필름에 금속 패턴을 격자 모양으로 만들어야 하는데 보통 간격 300㎛에 패턴 폭은 10㎛ 수준이다. 두께는 요구되는 전자파 차단 성능에 따라서 바뀔 수 있지만 보통 수~수십㎛이다. 이러한 시트는 지금까지 스퍼터링(sputtering)을 이용하였지만 이는 진공 공정이라서 공정이 까다로울 뿐만 아니라, 전자파 차폐 시트 대면적으로 값싸게 제조하는 데에는 한계가 있었다. 그리고, 은 페이스트(paste)를 이용한 롤 투 롤(roll to roll) 공정으로 전자파 차폐 시트를 제조하려는 노력이 있지만, 패턴 폭을 30㎛ 이하로 구현하는 데에는 문제점이 많다. 그래서 본 발명은 이러한 전자파 차폐 시트를 연속공정으로 높은 수율로 제조하는 데에 사용될 수 있다.
또한, 디스플레이/태양전지 패널의 전극 배선으로 적용이 가능하다. 특히 PET와 같은 폴리머 소재의 표면에 전극을 형성하여서 플렉서블 디스플레이나 플렉서블 태양전지의 전극 배선 형성에 적용이 가능하다. 그리고 박막 트랜지스터(TFT)의 게이트 전극, 소스 전극, 드레인 전극을 형성하는 데에 적용 할 수 있으며, 전자책의 전극 형성에도 적용할 수 있다.
또한, 플렉서블 인쇄회로기판(FPCB), RFID(Radio-Frequency IDentification) 안테나, 휴대폰 안테나와 같은 전도성 배선에 적용이 가능하다. 유연 기판에 전도성 배선을 형성할 수 있고, 연속공정으로 제조가 가능하기 때문에 위의 제품들을 빠르고 값싸게 제조 가능하며, 현재의 배선 밀도 보다 더 조밀하게 제조가 가능하므로 제품의 성능을 향상시킬 수 있다. 이외에도 기타 전도성/비전도성 물질의 마이크로미터 패턴을 값싸게 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 패턴 제조 방법이 적용될 수 있는 상기와 같은 제품은 본 발명의 패턴 제조 장치를 사용하여 제조될 수도 있다.
이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 소수성 코팅층 20 : 기판
30 : 플라즈마 유발층 31 : 플라즈마 유발층의 파티클
40 : 세척액 50 : 패턴 물질
60 : 소수성 약한 물질 80 : 대상 기판
81 : 유연 기판 90 : 표면 몰드
300 : 이동부 310 : 롤러
400 : 레이저 조사부 R : 롤
A,B : 롤러
30 : 플라즈마 유발층 31 : 플라즈마 유발층의 파티클
40 : 세척액 50 : 패턴 물질
60 : 소수성 약한 물질 80 : 대상 기판
81 : 유연 기판 90 : 표면 몰드
300 : 이동부 310 : 롤러
400 : 레이저 조사부 R : 롤
A,B : 롤러
Claims (14)
- 기판 상에 소수성 코팅층을 형성한 후 레이저 응용 플라즈마를 이용하여 상기 소수성 코팅층을 선택적으로 제거하여 표면 몰드를 형성하는 제1 단계;
상기 표면 몰드 상에, 패턴 물질을 입히고 건조시킨 후 고온 소결시켜 코팅하는 제2 단계;
상기 표면 몰드와 대상 기판을 서로 맞대어 가압하고, 상기 표면 몰드에서 상기 대상 기판 방향으로 또는 상기 대상 기판에서 상기 표면 몰드 방향으로 레이저를 조사하는 것에 의하여 상기 표면 몰드 상의 패턴 물질과 상기 대상 기판이 맞대어진 부위에 발생하는 대상 기판의 점성력에 의하여 상기 패턴 물질이 대상 기판으로 전사되는 제3 단계를 포함하는,
패턴 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 단계는 상기 기판 상으로 비산되는 플라즈마 유발층의 파티클을 제거하는 단계를 더 포함하는,
패턴 제조 방법. - 제2항에 있어서,
상기 제1 단계는 상기 플라즈마 유발층의 파티클을 제거하기 전에 상기 표면 몰드를 고온에서 아닐링(annealing)하는,
패턴 제조 방법. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 단계에서 사용되는 상기 패턴 물질은 친수성의 유기금속잉크인,
패턴 제조 방법. - 제4항에 있어서,
상기 제2 단계는 상기 친수성의 유기금속잉크를 코팅하여 소결시키는 것을 복수회 반복하는,
패턴 제조 방법. - 제4항에 있어서,
상기 제2 단계는 상기 표면 몰드 상에 상기 친수성의 유기금속잉크를 코팅하기 전에 소수성이 약한 물질을 먼저 코팅하는,
패턴 제조 방법. - 제5항에 있어서,
상기 제2 단계는 표면 몰드 상에 상기 친수성의 유기금속잉크를 코팅하기 전에 소수성이 약한 물질을 먼저 코팅하는,
패턴 제조 방법. - 폴리머 물질을 포함하고, 일 면이 롤에 감겨져 있는 유연 기판;
상면에 형성된 소수성 코팅층이 선택적으로 제거된 후 패턴 물질이 코팅되어 있으며, 상기 유연 기판의 하부에 서로 맞닿은 채로 가압되도록 배치되는 기판;
상기 기판의 하면에 배치되어 상기 기판을 이동시키는 이동부; 및
상기 기판으로부터 상기 유연 기판 방향으로 또는 상기 유연 기판으로부터 상기 기판 방향으로 레이저를 조사하는 레이저 조사부를 포함하고,
상기 이동부를 작동시켜 상기 기판이 이동되면서, 상기 유연 기판과 상기 기판이 서로 맞대어 가압되며,
상기 레이저 조사부로부터의 상기 레이저에 의하여 상기 패턴 물질과 상기 유연 기판이 맞대어진 부위에서 발생하는 상기 유연 기판의 점성력에 의하여 상기 패턴물질이 상기 유연 기판으로 전사되는,
패턴 전사 장치. - 제1항에 기재된 패턴 제조 방법에 의하여 전사된 패턴에 의하여 형성되는 전극을 포함하는,
플렉서블 디스플레이 패널. - 제1항에 기재된 패턴 제조 방법에 의하여 전사된 패턴에 의하여 형성되는 전극을 포함하는,
플렉서블 태양전지. - 제1항에 기재된 패턴 제조 방법에 의하여 전사된 패턴에 의하여 형성되는 전극을 포함하는,
전자책. - 제1항에 기재된 패턴 제조 방법에 의하여 전사된 패턴을 가지는,
전자파 차폐시트. - 제1항에 기재된 패턴 제조 방법에 의하여 전사된 패턴에 의하여 형성되는 게이트 전극, 소스 전극, 드레인 전극을 포함하는,
박막 트랜지스터. - 제1항에 기재된 패턴 제조 방법에 의하여 전사된 패턴에 의하여 형성되는 전도성 배선을 포함하는,
플렉서블 인쇄회로기판.
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