KR20130142765A

KR20130142765A - 금속패턴 형성 장치 및 이를 이용한 금속패턴 형성 방법

Info

Publication number: KR20130142765A
Application number: KR1020120066276A
Authority: KR
Inventors: 김동수; 정국채; 조영상; 최철진
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2012-06-20
Filing date: 2012-06-20
Publication date: 2013-12-30
Also published as: KR101407627B1

Abstract

본 발명은 레이저 발생부; 상기 레이저 발생부로부터 제공된 레이저광의 초점을 맞추고, 레이저광의 크기를 축소하기 위한 프로젝션부; 및 상기 프로젝션부를 거친 상기 레이저광이 조사되는 전해조를 포함하는 금속패턴 형성 장치 및 이를 이용한 금속패턴 형성 방법에 관한 것으로, 포토리소그라피 공정을 배제할 수 있기 때문에, 공정이 단순할 뿐만 아니라, 환경오염을 발생시키는 문제점을 해결할 수 있고, 패턴의 형상, 정밀도 및 생산성이 우수한 금속패턴을 형성할 수 있다.

Description

금속패턴 형성 장치 및 이를 이용한 금속패턴 형성 방법{A Device of forming Metal patten and A Method of forming Metal patten using the same}

본 발명은 금속패턴 형성 장치 및 이를 이용한 금속패턴 형성 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 레이저를 이용한 액상환원법에 의해 금속패턴을 형성하기 위한 금속패턴 형성 장치 및 이를 이용한 금속패턴 형성 방법에 관한 것이다.

일반적으로 도전성 금속패턴은 기판상에 금속막을 형성한 후 선택적으로 금속막을 제거하여 형성한다.

상기 금속막을 형성하기 위해서는 형성하려는 금속막의 두께에 따라 진공 증착법 또는 도금법이 주로 이용되며, 선택적으로 금속막을 제거하기 위해서는 감광성 레지스트를 금속박막위에 형성한 후 선택적으로 노광하고 현상하는 과정을 통하여 제거가 필요한 금속막 부분을 노출시킨 후, 에칭액을 이용하여 녹여내는 포토리소그라피 패터닝 방법이 일반적으로 사용된다.

또는, 먼저 감광성 레지스트를 이용하여 기판(기재)위에 레지스트 패턴을 형성하고, 금속막을 형성한 후 현상을 통하여 레지스트 상부에 있는 금속을 제거하거나 기판이 드러난 부분에만 금속이 도금되도록 하는 방법도 많이 이용된다.

특히, 포토리소그라피 공정의 경우, 형성되는 미세 패턴의 특성이 매우 우수하고 공정이 안정한 장점이 있으나, 레지스트 필름의 코팅, 노광, 현상 및 에칭과 같은 많은 공정이 필요하며 현상액과 에칭액 및 레지스트 제거액 등 많은 종류의 용액들을 사용하므로 공정비용이 고가일 뿐만 아니라 환경오염을 발생시키는 단점이 있다.

예를 들어, 구리박막 패턴을 형성하는 경우에 있어서, 종래에는 기판 상에 도금법을 이용하여 형성된 구리박막을 부착한 후, 포토리소그라피 방법을 통하여 일정 패턴의 구리박막 패턴을 형성할 수 있다.

보다 구체적으로는 도금법으로 임시 기판상에 일정 두께의 구리박막을 형성하고, 상기 구리박막을 임시기판으로부터 떼어낸 후, 이 구리박막을 유리기판에 부착한다.

상기 유리기판에 구리박막을 부착한 후 부착된 구리박막 위에 포토레지스트를 코팅하고 형성하고자 하는 패턴을 포함하는 포토마스크를 이용하여 포토레지스트를 감광한 후 현상액을 이용하여 녹여내고 남은 포토레지스트를 제거하여 원하는 형태의 구리 박막 패턴을 형성할 수 있다.

하지만, 이러한 종래의 패턴 형성 방법은 이와 같이 복합한 공정이 필요하며, 또한, 도금액, 감광제, 현상액, 에칭액 등 많은 종류의 용액이 사용되는 문제점이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 종래의 금속패턴 형성공정에 비하여, 환경친화적이고, 공정이 단순하고, 경제적인 금속패턴 형성방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 지적된 문제점을 해결하기 위해서 본 발명은 레이저 발생부; 상기 레이저 발생부로부터 제공된 레이저광의 초점을 맞추고, 레이저광의 크기를 축소하기 위한 프로젝션부; 및 상기 프로젝션부를 거친 상기 레이저광이 조사되는 전해조를 포함하는 금속패턴 형성 장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 프로젝션부는 대물렌즈를 포함하며, 상기 대물렌즈는 상기 레이저광의 초점을 맞추고, 크기를 축소하는 금속패턴 형성 장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 프로젝션부는 배율 확대를 조절하여 주는 접안렌즈를 더 포함하며, 상기 접안렌즈과 상기 대물렌즈의 조합은 현미경으로 기능하는 금속패턴 형성 장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 전해조는 금속 프리커서를 함유한 전해액을 포함하는 금속패턴 형성 장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 전해액에 베이스 기재가 침지되고, 상기 베이스 기재 상에 상기 레이저광이 조사됨으로써, 상기 레이저광이 조사되는 영역에 금속패턴이 석출되는 금속패턴 형성 장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 금속패턴을 형성하기 위한 베이스 기재를 준비하는 단계; 상기 베이스 기재를 전해액에 침지시키는 단계; 레이저 발생부로부터 발생된 레이저광을 상기 베이스 기재에 조사하는 단계; 및 상기 베이스 기재 상에 상기 레이저광을 조사하여, 상기 베이스 기재 상에 금속 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 금속패턴 형성 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 베이스 기재 상에 금속 패턴을 형성하는 단계 이후, 상기 베이스 기재에 원하는 금속패턴이 형성되었는지를 판단하는 단계를 포함하고, 원하는 금속 패턴이 형성된 경우에는 레이저광의 조사를 종료하고, 원하는 금속패턴이 형성되지 않은 경우에는 레이저광의 조사를 반복하는 금속패턴 형성 방법을 제공한다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 포토리소그라피 공정을 배제할 수 있기 때문에, 공정이 단순할 뿐만 아니라, 환경오염을 발생시키는 문제점을 해결할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 레이저광을 조사한 영역에 화학적 환원법에 의한 금속패턴이 형성되는 방법을 채용함으로써, 일반적인 무전해 도금방법에 비하여, 패턴의 형상, 정밀도 및 생산성이 우수하다.

도 1은 본 발명에 따른 금속패턴 형성 장치를 도시한 개략적인 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 금속패턴의 형성 방법을 도시한 순서도이다.
도 3은 실험예 1에 따른 구리 석출상태를 도시하는 사진이다.
도 4는 실험예 2에 따른 구리 석출상태를 도시하는 사진이다.
도 5는 실험예 3에 따른 구리 석출상태를 도시하는 사진이다.
도 6a은 레이저의 파워 및 전해액 조성에 따른 금속패턴의 라인폭의 관계를 도시한 그래프이며, 도 6b는 레이저의 파워 및 전해액 조성에 따른 금속패턴의 저항의 관계를 도시한 그래프이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

아래 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 상세히 설명한다. 도면에 관계없이 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성 요소와 다른 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 금속패턴 형성 장치를 도시한 개략적인 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 금속패턴 형성 장치는 레이저 발생부(20), 상기 레이저 발생부로부터 제공된 레이저광의 초점을 맞추고, 레이저광의 크기를 축소하기 위한 프로젝션부(40), 상기 프로젝션부(40)를 거친 레이저광이 조사되는 전해조(50)를 포함한다.

보다 구체적으로, 상기 레이저 발생부(20)는 본 발명에 따른 금속패턴의 형성에 있어서, 후술할 바와 같은 금속패턴의 석출을 위한 에너지원을 제공하는 것이다.

상기 레이저 발생부에서 발생되는 레이저는 헬륨-네온 레이저, 아르곤 이온 레이저, 크립톤 이온 레이저, 헬륨-카드뮴 이온 레이저, 이산화탄소 레이저, 엑시머 레이저, ND:YAG 레이저, ND:유리 레이저, ND:YLF 레이저, 반도체 레이저, 다이오드 펌프 레이저, 유기 색소 레이저, 화학 레이저, 자유 전자 레이저, X-선 레이저, 및 가변 파장 레이저로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 그 이상을 포함하는 레이저일 수 있으며, 다만, 이는 예시적인 것에 불과하며, 따라서, 본 발명에서 상기 레이저의 종류에 한정되는 것은 아니다.

한편, 상기 레이저 발생부에서 레이저가 발생하는 것은 일반적인 레이저 기술분야에서 공지된 방법을 사용할 수 있다.

예를 들어, 상기 레이저 발생부에서는 가공되지 않은 원시 레이저광을 발생하고, 상기 레이저 발생부는 레이저 발생 튜브(도시하지 않음)를 포함할 수 있다. 레이저 발생 튜브는 각각 상부전극과 하부전극을 포함하며, 이들 사이에 Ar, Cl, He, Ne 가스 등이 충진되어 있는 구조이다. 원시 레이저광의 크기는 12mm×36mm 정도일 수 있으며, 펄스 유지시간은 약 20ns일 수 있으나, 본 발명에서 상기 레이저광의 종류를 한정하는 것은 아니다.

한편, 상기 레이저 발생부로부터 발생된 가공되지 않은 원시 레이저광을 가공하기 위한 광학계(미도시)를 포함할 수 있으며, 상기 광학계는 복수의 미러와 렌즈를 포함하여, 펄스 유지시간을 감소 또는 증가시키거나, 레이저광을 원하는 크기로 조절할 수 있으며, 다만, 본 발명에서 광학계의 포함여부를 제한하는 것은 아니다.

이때, 본 발명에서는 상기 레이저 발생부(20)에 전원을 공급하기 위한, 레이저 전원 공급부(10)를 포함할 수 있으며, 다만, 본 발명에서 상기 레이저 전원 공급부의 유무를 한정하는 것은 아니다.

계속해서, 도 1을 참조하면, 상기 레이저 발생부로부터 제공된 레이저광은 프로젝션부(40)로 제공되며, 이때, 레이저광이 프로젝션부로 제공되는 것은, 레이저 발생부와 프로젝션부의 경로사이에 위치하는 제1반사미러(30)를 통해 레이저광이 반사되어, 프로젝션부로 제공될 수 있으며, 다만, 본 발명에서 상기 제1반사미러의 유무를 한정하는 것은 아니다.

상기 프로젝션부(40)는 대물렌즈(41)를 포함할 수 있으며, 상기 대물렌즈(41)를 통해, 상기 레이저광의 초점이 맞추어지고, 레이저광의 크기를 축소할 수 있다.

한편, 본 발명에서 상기 프로젝션부(40)는 일측에 상, 하 이동 가능하게 장착되어 대상물의 배율 확대를 조절하여 주는 접안렌즈(43)를 포함할 수 있으며, 사용자는 상기 접안렌즈(43)과 상기 대물렌즈(41)를 통해, 레이저광의 조사 상태를 실시간으로 확인할 수 있다.

즉, 상기 접안렌즈와 대물렌즈의 조합은 현미경과 같은 기능을 하는 것으로, 이를 통해, 레이저광의 조사상태를 실시간으로 관찰할 수 있다.

본 발명에서는 상기 대물렌즈가 레이저광의 초점을 맞추고 레이저광의 크기를 축소하는 레이저 조사장치의 일부로써 기능할 뿐만 아니라, 상기 접안렌즈와 조합됨으로써, 현미경과 같은 관찰장치의 일부로써 기능할 수 있다.

이때, 상기 대물렌즈는 레이저광의 조사경로에 위치하는 것이 바람직하고, 사용자가 레이저광의 조사 상태를 관찰하는 위치는 레이저광의 조사경로를 회피하는 것이 바람직하다.

즉, 레이저광의 조사경로와 사용자의 관찰경로가 상이한 것이 바람직하므로, 상기 대물렌즈가 사용자의 관찰경로에서 접안렌즈와 조합되어 현미경으로 기능할 수 있도록, 접안렌즈와 대물렌즈의 경로사이에 제2반사미러(42)를 포함하는 것이 바람직하다.

계속해서, 도 1을 참조하면, 상기 프로젝션부(40)를 거친 레이저광은 전해조(50)에 조사되며, 본 발명에서 상기 전해조(50)는 화학적 환원에 의한 금속 석출을 위한 전해액(60)을 포함하고 있다.

이때, 상기 전해액(60)에는 베이스 기재(70)가 침지되고, 상기 베이스 기재(70) 상에 레이저광이 조사됨으로써, 상기 레이저광이 조사되는 영역에 금속패턴이 석출되어, 금속패턴이 형성될 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 금속패턴 형성 장치에 의한 금속패턴 형성은 금속 프리커서를 포함하는 전해액의 액상 금속의 환원에 의해 금속패턴이 형성되는데, 이때, 본 발명에서 금속 환원시의 필요 에너지원을 상술한 레이저광에 의해 제공할 수 있다.

일반적으로, 무전해 도금이라 함은 화학도금 또는 자기촉매 도금이라고도 불리는 것으로, 외부로부터 전기에너지를 공급받지 않고 금속염 수용액 중의 금속이온을 환원제의 힘에 의해 자기 촉매적으로 환원시켜 피처리물인 베이스 기재의 표면 위에 금속을 석출시키는 방법을 말한다.

즉, 통상의 전기도금은 도금될 물품을 음극으로 하고 전기를 흘려서 전해액 중에 용해된 금속이온이 도금될 물품의 표면에 석출되도록 하는 도금방법을 말하는데, 무전해 도금은 전기를 흘리지 않고도 도금이 되도록하는 방법이다.

따라서, 무전해 도금은 전기를 공급할 수 없거나 공급하기 어려운 플라스틱 등의 재질을 가진 베이스 기재의 표면 도금에 많이 사용되는데, 상술한 바와 같이, 무전해 도금은 통상의 전기도금법과 달리 전기 공급에 의한 전자교환이 이루어지지 않기 때문에, 전해액속의 이온의 석출을 위한 별도의 전자교환과정이 이루어질 필요가 있다.

이때, 상기 전자교환과정을 위해 금속이온에 전자를 공급해주기 위한 환원제가 전해액 속에 같이 포함될 수 있는데, 이러한 환원제가 석출 또는 도금될 금속이온과 접촉하자마자 금속이온을 환원시킬 정도로 상기 환원반응의 활성화 에너지가 낮다면 베이스 기재의 표면에만 금속이온이 석출되는 것이 아니라 전해액 모든 부위에서 금속이온이 석출되어 침전되어 버리므로 도금효과를 얻을 수가 없는 문제점이 있다.

하지만, 본 발명에 따른 금속패턴의 형성방법은 금속이온과 함께 전해액 속에 존재하는 환원제에 의한 금속이온의 환원반응은 활성화 에너지원으로 레이저광을 조사함으로써, 레이저광이 조사되는 베이스 기재의 표면에 효과적으로 금속이온이 선택적으로 석출되어, 레이저광의 조사경로에 따라 원하는 금속패턴을 석출할 수 있다.

이때, 상기 베이스 기재(70)는 유리, 실리콘 웨이퍼, 금속기판, 아크릴 고분자, 폴리카보네이트 고분자, 사이클로 올레핀 고분자(COP), 에폭시 고분자 및 에스테르 고분자 필름으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 일종의 기재(기판)이 사용될 수 있으며, 다만, 본 발명에서 상기 베이스 기재의 종류를 한정하는 것은 아니다.

또한, 상기 전해액은, 금속 프리커서를 포함하는 전해액의 액상 금속의 환원에 의해 금속패턴을 형성하기 위하여, 구리(Cu), 은(Ag), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 철(Fe), 코발트(Co) 및 이들의 합금 중 적어도 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있으나, 본 발명에서 상기 전해액의 종류를 한정하는 것은 아니다.

예를 들어, 상기 전해액은 금속 환원 반응에 의해 금속패턴을 형성하기 위한 이온원 및 환원제를 포함하며, 또한, pH 조정제를 포함할 수 있다.

보다 구체적으로, 예를 들어, 형성되는 금속패턴이 구리 배선이라고 가정시, 상기 이온원은 CuSO₄, CuO, CuCl₂, Cu(NO₃)₂ 중에서 선택되는 적어도 1종일 수 있고, 상기 환원제는 알데히드, 차아인산염, 수소화붕소염 및 히드라진 중에서 선택되는 적어도 어느 1종일 수 있으며, 상기 pH조정제는 KOH, NaOH, Ca(OH)₂, NH₄OH 중에서 선택되는 적어도 1종일 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 전해액은 상술한 레이저광의 흡수를 촉진할 수 있는 광흡수 촉진제를 포함할 수 있으며, 상기 광흡수 촉진제는 중크롬산염, 예를 들면 중크롬산나트륨 또는 중크롬산칼륨을 포함할 수 있다. 이에 대해서는 실험예를 통해 설명하기로 한다.

이때, 도면에는 도시되지 않았으나, 상기 전해조를 지지하기 위한 스테이지를 포함할 수 있으며, 상기 스테이지는 X,Y,Z 방향으로 이동가능할 수 있다.

한편, 미설명부호 80은 스크린으로, 상기 전해조에 조사된 레이저광이 투사될 수 있다.

이하에서는, 본 발명에 따른 금속패턴 형성 장치를 이용한, 금속패턴의 형성방법을 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 금속패턴의 형성 방법을 도시한 순서도이다.

도 2를 참조하면, 먼저, 금속패턴을 형성하기 위한 베이스 기재를 준비하고, 상기 베이스 기재를 전해액에 침지시킨다(S110). 이때, 상기 전해액은 전해조에 수용될 수 있다.

상기 베이스 기재는 유리, 실리콘 웨이퍼, 금속기판, 아크릴 고분자, 폴리카보네이트 고분자, 사이클로 올레핀 고분자(COP), 에폭시 고분자 및 에스테르 고분자 필름으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 일종의 기재(기판)이 사용될 수 있으며, 다만, 본 발명에서 상기 베이스 기재의 종류를 한정하는 것은 아니다.

한편, 본 발명에 따른 금속패턴의 형성 방법은 금속의 환원반응에 의해 형성되는 것이므로, 상기 베이스 기재는 전기를 공급할 수 없거나 공급하기 어려운 플라스틱 등의 재질이어도 무방하다.

예를 들어, 상기 전해액은 이온원 및 환원제를 포함하며, 또한, pH 조정제를 포함할 수 있고, 특히, 본 발명에서는 레이저광의 흡수를 촉진할 수 있는 광흡수 촉진제를 포함함으로써, 금속패턴의 형성을 보다 효율적으로 진행할 수 있다. 이는 상술한 바와 같으므로, 이하 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

다음으로, 레이저 발생부로부터 발생된 레이저광을 상기 베이스 기재에 조사한다(S120).

이때, 상기 베이스 기재 상에 레이저광을 조사하여 금속 패턴을 형성된다.

상기 레이저 발생부에서 발생되는 레이저는 헬륨-네온 레이저, 아르곤 이온 레이저, 크립톤 이온 레이저, 헬륨-카드뮴 이온 레이저, 이산화탄소 레이저, 엑시머 레이저, ND:YAG 레이저, ND:유리 레이저, ND:YLF 레이저, 반도체 레이저, 다이오드 펌프 레이저, 유기 색소 레이저, 화학 레이저, 자유 전자 레이저, X-선 레이저, 및 가변 파장 레이저로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 그 이상을 포함하는 레이저일 수 있으며, 다만, 이는 예시적인 것에 불과하며, 따라서, 본 발명에서 상기 레이저의 종류에 한정되는 것은 아니다. 이는 상술한 바와 같으므로, 이하, 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

한편, 상술한 바와 같이, 금속이온과 함께 전해액 속에 존재하는 환원제에 의한 금속이온의 환원반응은 일정치 이상의 활성화 에너지가 필요하게 되는데, 본 발명에서는 이러한 활성화 에너지원을 레이저광을 통해 제공함으로써, 레이저광이 조사되는 베이스 기재의 표면에 효과적으로 금속이온이 선택적으로 석출되어 원하는 형상의 금속 패턴을 석출시킬 수 있다.

이때, 본 발명에서는 전해액에 레이저광의 흡수를 촉진할 수 있는 광흡수 촉진제를 포함함으로써, 금속패턴의 형성을 보다 효율적으로 진행할 수 있다. 이는 베이스 기재의 결함이 발생함이 없이 양호하게 금속패턴을 형성할 수 있음을 의미하는 것으로, 이에 대해서는 후술하기로 한다.

다음으로, 상기 베이스 기재에 원하는 금속패턴이 형성되었는지를 판단한다(S130).

즉, 본 발명에서는 1회의 레이저광 조사에 의해 원하는 소정의 금속패턴이 형성되지 않는 경우, 레이저광의 조사를 반복적으로 수행함으로써, 소정의 금속패턴으로 형성할 수 있는데, 따라서, 본 발명에서는 원하는 금속 패턴이 형성된 경우에는 레이저광의 조사를 종료하고, 원하는 금속패턴이 형성되지 않은 경우에는 레이저광의 조사를 반복할 수 있다.

이때, 도 1에서와 같이, 프로젝션부(40)의 일측에 형성된, 상, 하 이동 가능하게 장착되어 대상물의 배율 확대를 조절하여 주는 접안렌즈(43)와 레이저광의 초점을 맞추고, 레이저광의 크기를 축소할 수 있는 대물렌즈(41)를 통해, 소정의 금속패턴이 형성되었는지를 실시간으로 확인할 수 있다.

이상과 같이, 종래의 금속패턴 형성과는 달리, 본 발명에서는 레지스트 필름의 코팅, 노광, 현상 및 에칭 공정을 거치는 포토리소그라피 공정을 배제할 수 있기 때문에, 공정이 단순할 뿐만 아니라, 환경오염을 발생시키는 문제점을 해결할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 레이저광을 조사한 영역에 금속패턴이 형성되는 방법의 화학적 환원에 따른 금속의 석출방법을 채용함으로써, 일반적인 무전해 도금방법에 비하여, 패턴의 형상, 정밀도 및 생산성이 우수하다.

이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실험예를 기재하기로 하며, 다만, 본 발명에서 상기 실험예에 한정되는 것은 아니다.

[실험예 1]

금속패턴을 형성하기 위한 비전도성 기지소재인 SiO₂ 기판을 전처리 하여 베이스 기재를 준비하였다. 상기 전처리는 증류수로 제1차 세척한 후, 고압 N₂로 제1차 건조하고, 표면의 유기, 무기물을 제거하기 위해, H₂SO₄와 K₂Cr₂O₇의 혼합액에 침적하고, 이를 다시 증류수로 제2차 세척한 후, 고압 N₂로 제2차 건조하였다.

상기 베이스 기재를 전해액을 포함하는 전해조에 침지시키고, CW Ar⁺레이저를 레이저원으로 하여, 250mW의 파워로 상기 베이스 기재에 레이저를 조사하였다. 이때, 상기 전해액은 이온원으로 CuSO₄, 환원제로 HCHO, pH조정제로 NaOH를 사용하였다.

이러한 실험예 1의 조건에 따른 레이저광의 조사를 1회 조사한후, 상기 전해조를 지지하는 스테이지를 X,Y 방향으로 이동하여 2회 조사하고, 또다시 상기 전해조를 지지하는 스테이지를 X,Y 방향으로 이동하여 3회 조사하는 방식에 의해, 5회까지 조사하였다.

[실험예 2]

금속패턴을 형성하기 위한 비전도성 기지소재인 SiO₂ 기판을 전처리 하여 베이스 기재를 준비하였다. 상기 전처리는 실험예 1과 동일한 조건으로 실시하였다.

상기 베이스 기재를 전해액을 포함하는 전해조에 침지시키고, CW Ar⁺레이저를 레이저원으로 하여, 250mW의 파워로 상기 베이스 기재에 레이저를 조사하였다. 이때, 상기 전해액은 이온원으로 CuSO₄, 환원제로 HCHO, pH조정제로 NaOH를 사용하였으며, 레이저광의 광흡수를 촉진하기 위한 광흡수 촉진제로 중크롬산칼륨(K₂Cr₂O₇)을 사용하였다.

이러한 실험예 2의 조건에 따른 레이저광의 조사를 1회 조사한후, 상기 전해조를 지지하는 스테이지를 X,Y 방향으로 이동하여 2회 조사하고, 또다시 상기 전해조를 지지하는 스테이지를 X,Y 방향으로 이동하여 3회 조사하는 방식에 의해, 5회까지 조사하였다.

[실험예 3]

상기 베이스 기재를 전해액을 포함하는 전해조에 침지시키고, CW Ar⁺레이저를 레이저원으로 하여, 250mW의 파워로 상기 베이스 기재에 레이저를 조사하였다. 이때, 상기 전해액은 이온원으로 CuCl₂, 환원제로 폴리에틸렌 글리콜(Polyethylene Glycol), pH조정제로 NaOH를 사용하였다.

이러한 실험예 3의 조건에 따른 레이저광의 조사를 1회 조사한후, 상기 전해조를 지지하는 스테이지를 X,Y 방향으로 이동하여 3회 조사하고, 또다시 상기 전해조를 지지하는 스테이지를 X,Y 방향으로 이동하여 5회 조사하였다.

상기 실험예 1 내지 3에 따른 금속패턴의 형성, 즉, 베이스 기재 상에 구리가 석출된 상태를 도 3 내지 5에 도시하였다.

도 3은 실험예 1에 따른 구리 석출상태를 도시하는 사진이다.

도 3을 참조하면, 레이저광의 조사 횟수를 1회 및 2회로 한 경우에는 베이스 기재에 결함만을 발생시키고, 구리의 석출이 거의 일어나지 않았으며, 레이저 광의 조사 횟수를 3회로 한 경우에는 베이스 기재의 결함발생 부위에 불균일하게 구리가 석출되는 양상을 나타내었다.

베이스 기재에 결함이 발생하는 것은 전해액 내에서 레이저의 흡수가 적어 베이스 기재상으로 에너지가 집중되기 때문에 결함이 발생되는 것으로 예상되며, 그럼에도 불구하고, 4회 조사 및 5회 조사시에는 구리의 석출이 양호함을 알 수 있다.

따라서, 레이저광의 에너지 집중으로 베이스 기재에 결함이 발생하기는 하나, 레이저광의 조사 회수를 증가시킬 수록 양호한 상태의 구리 석출이 가능함을 확인할 수 있다.

도 4는 실험예 2에 따른 구리 석출상태를 도시하는 사진이다.

도 4를 참조하면, 레이저광의 조사 횟수를 1회 및 2회로 한 경우에는 구리의 석출이 거의 일어나지 않았으나, 베이스 기재에 결함이 발생하지 않음을 확인할 수 있다.

즉, 전해액 내에, 레이저광의 광흡수를 촉진하기 위한 광흡수 촉진제를 포함하여, 전해액 내에서 레이저를 흡수함으로써, 베이스 기재상으로 에너지 집중을 방지할 수 있기 때문인 것으로 예상된다.

한편, 실험예 2에서도 레이저광의 조사 횟수를 3회로 한 경우에는 베이스 기재에 불균일하게 구리가 석출되는 양상을 나타내었으나, 4회 조사 및 5회 조사시에는 구리의 석출이 양호함을 알 수 있다.

따라서, 레이저광의 조사 회수를 증가시킬 수록 양호한 상태의 구리 석출이 가능함을 확인함과 동시에, 레이저광의 에너지에 의해 베이스 기재에 결함이 발생하는 것을 억제할 수 있음을 확인할 수 있다.

도 5는 실험예 3에 따른 구리 석출상태를 도시하는 사진이다.

도 5를 참조하면, 레이저광의 조사 횟수를 1회로 한 경우에는 구리의 석출이 양호하게 일어나지 않았으나, 상기 실험예 1 및 2와 비교하여 상대적으로 양호한 석출이 일어났음을 알 수 있다.

또한, 레이저광의 조사 횟수를 3회로 한 경우에도 양호하게 구리가 석출되었음을 알 수 있고, 레이저광의 조사 회수를 5회로 한 경우에는 매우 균일하고 조밀한 라인을 형성하였음을 알 수 있다.

실험예 1 및 실험예 2는 수계 전해액 조성에 해당하고, 실험예 3는 유기 용매계 전해액 조성에 해당할 수 있는데, 따라서, 전해액의 조성을 달리함에 의해서도 양호한 상태의 구리 석출이 가능함을 확인할 수 있다.

도 6a은 레이저의 파워 및 전해액 조성에 따른 금속패턴의 라인폭의 관계를 도시한 그래프이며, 도 6b는 레이저의 파워 및 전해액 조성에 따른 금속패턴의 저항의 관계를 도시한 그래프이다.

먼저, 도 6a에 도시한 바와 같이, 레이저의 파워가 증가할 수록 형성되는 금속패턴의 라인폭이 증가함을 알 수 있다.

또한, 전해액의 조성, 즉, 이온원이 수계 조성인 CuSO₄인지, 유기용매계 조성인 CuCl₂인지 여부에 따라 금속패턴의 라인폭이 상이함을 알 수 있다.

구체적으로, 레이저 파워가 200mW 이하인 경우에는, 레이저 파워가 증가할 수록 CuCl₂인 경우의 금속 패턴의 라인폭이 CuSO₄인 경우의 금속 패턴의 라인폭보다 크나, 레이저 파워가 300mW 이상인 경우에는 이와 반대의 양상을 나타냄을 알 수 있다.

즉, 도 6a를 바탕으로 레이저 파워 및 전해액 조성의 조건에 따라, 각 용도에 적합한 라인폭을 가진 금속패턴을 형성할 수 있음을 알 수 있다.

다음으로, 도 6b에 도시한 바와 같이, 레이저의 파워가 증가할 수록 형성되는 금속패턴의 저항이 감소, 즉, 전도성이 증가함을 알 수 있다.

또한, 전해액의 조성, 즉, 이온원이 수계 조성인 CuSO₄인지, 유기용매계 조성인 CuCl₂인지 여부에 따라 금속패턴의 저항이 상이함을 알 수 있고, 측정 결과, CuCl₂인 경우가 CuSO₄인 경우보다 전도성이 우수함을 알 수 있다.

즉, 도 6b를 바탕으로 레이저 파워 및 전해액 조성의 조건에 따라, 각 용도에 적합한 저항 또는 전도성을 가진 금속패턴을 형성할 수 있음을 알 수 있다.

이상과 같은 실험예에 따라, 레이저 파워 및 전해액 조성의 조건에 따라, 각 용도에 적합한 금속패턴의 형성이 충분히 가능함을 알 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 금속패턴의 형성은 종래와 비교하여, 공정이 단순할 뿐만 아니라, 환경오염을 발생시키는 문제점을 해결할 수 있고, 일반적인 무전해 도금방법에 비하여, 패턴의 형상, 정밀도 및 생산성이 우수하다.

이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

10 : 전원 공급부 20 : 레이저 발생부
30 : 제1반사미러 40 : 프로젝션부
41 : 대물렌즈 42 : 제2반사미러
43 : 접안렌즈 50 : 전해조
60 : 전해액 70 : 베이스 기재

Claims

레이저 발생부;
상기 레이저 발생부로부터 제공된 레이저광의 초점을 맞추고, 레이저광의 크기를 축소하기 위한 프로젝션부; 및
상기 프로젝션부를 거친 상기 레이저광이 조사되는 전해조를 포함하는 금속패턴 형성 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 레이저 발생부와 상기 프로젝션부의 경로사이에 위치하는 제1반사미러를 더 포함하는 금속패턴 형성 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 프로젝션부는 대물렌즈를 포함하며,
상기 대물렌즈는 상기 레이저광의 초점을 맞추고, 크기를 축소하는 금속패턴 형성 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 프로젝션부는 배율 확대를 조절하여 주는 접안렌즈를 더 포함하며,
상기 접안렌즈과 상기 대물렌즈의 조합은 현미경으로 기능하는 금속패턴 형성 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 접안렌즈와 상기 대물렌즈의 경로사이에 위치하는 제2반사미러를 더 포함하는 금속패턴 형성 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 전해조는 금속 프리커서를 함유한 전해액을 포함하는 금속패턴 형성 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 전해액에 베이스 기재가 침지되고, 상기 베이스 기재 상에 상기 레이저광이 조사됨으로써, 상기 레이저광이 조사되는 영역에 금속패턴이 석출되는 금속패턴 형성 장치.
금속패턴을 형성하기 위한 베이스 기재를 준비하는 단계;
상기 베이스 기재를 전해액에 침지시키는 단계;
레이저 발생부로부터 발생된 레이저광을 상기 베이스 기재에 조사하는 단계; 및
상기 베이스 기재 상에 상기 레이저광을 조사하여, 상기 베이스 기재 상에 금속 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 금속패턴 형성 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 베이스 기재 상에 금속 패턴을 형성하는 단계 이후,
상기 베이스 기재에 원하는 금속패턴이 형성되었는지를 판단하는 단계를 포함하고,
원하는 금속 패턴이 형성된 경우에는 레이저광의 조사를 종료하고, 원하는 금속패턴이 형성되지 않은 경우에는 레이저광의 조사를 반복하는 금속패턴 형성 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 전해액은, 구리(Cu), 은(Ag), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 철(Fe), 코발트(Co) 및 이들의 합금 중 적어도 어느 하나의 물질로 이루어지는 금속패턴 형성 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 전해액은 이온원, 환원제 및 pH 조정제를 포함하는 금속패턴 형성 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 전해액은 레이저광의 흡수를 촉진하는 광흡수 촉진제를 더 포함하는 금속패턴 형성 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 이온원은 CuSO₄, CuO, CuCl₂, Cu(NO₃)₂ 중에서 선택되는 적어도 1종이고, 상기 환원제는 알데히드, 차아인산염, 수소화붕소염 및 히드라진 중에서 선택되는 적어도 1종이며, 상기 pH조정제는 KOH, NaOH, Ca(OH)₂, NH₄OH 중에서 선택되는 적어도 1종이고, 상기 광흡수 촉진제는 중크롬산나트륨 또는 중크롬산칼륨인 금속패턴 형성 방법.