KR20160056830A - 전극 패턴의 형성 방법 및 전극 패턴 - Google Patents

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정택성
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Abstract

본 발명은 전극 패턴의 형성 방법에 관한 것이다. 본 발명의 전극 패턴의 형성 방법은, 미세 전극 패터닝을 요구하는 다양한 디바이스에 적용가능하며, 특히, 터치스크린 패널(touch screen panel, TSP)에 구비되는 터치 센서를 형성하는 데에 유용하게 적용할 수 있다.

Description

전극 패턴의 형성 방법 및 전극 패턴{METHOD FOR FORMING ELECTRODE PATTERN AND ELECTRODE PATTERN}
본 발명은 전극 패턴의 형성 방법 및 전극 패턴에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 특히, 터치스크린 패널(touch screen panel, TSP)에 구비되는 터치 센서를 형성하는 데 적용할 수 있으며, 미세 선폭 형성이 가능한 전극 패턴의 형성 방법 및 전극 패턴에 관한 것이다.
터치스크린 패널은 패널에 표시된 화면을 가압하여 화면에 대응되는 정보를 입력한다. 사용상의 편의성으로 인해 최근들어 터치스크린 패널이 모든 디스플레이 장치에 활발하게 적용되고 있다.
일반적으로, 터치스크린 패널은 정전용량방식, 저항막방식, 표면초음파 방식, 적외선방식 등을 이용하여 가압된 부분의 좌표를 추출하고 정보를 입력한다. 여기서, 정전용량방식은 사용자가 화면을 터치하는 경우, 인체의 정전용량을 이용해 전류 변화량을 인식하여 위치를 검출한다.
이러한 터치스크린 패널은 기본적으로 유리 또는 필름으로 이루어진 기판의 중앙부에 다수의 전극 센서를 형성함으로써 구동되는데 최근에는 센서 영역이 확장되고 복잡해지는 추세에 따라 전극 패턴도 점점 더 미세한 패턴으로 형성할 것이 요구되고 있다.
종래에 전극 패턴을 형성하는 방법은 대표적으로 스크린 프린팅 방법(screen printing method)이나 그라비아 오프셋 프린팅 방법(Gravure off-set printing method) 등을 포함하는 인쇄식 공법, 임프린팅 공법(imprinting method), 및 포토리소그래피(photolithography) 등이 있다.
위 인쇄식 공법 중, 스크린 프린팅 방법은, 형성하고자 하는 전극 패턴 모양으로 된 스크린을 사용하여 인쇄형 도전성 페이스트 조성물을 기판 표면에 일정 두께로 인쇄를 한 다음, 이를 경화함으로써 전극 패턴을 형성하는 방식이다. 이러한 스크린 프린팅을 통한 방법은 포토리소그래피 방식에 비해 제조 장비 및 공정이 간단하여 설비 및 재료비를 절감할 수 있는 장점이 있으나 80마이크론 이하의 전극 배선의 미세 패턴 구현이 어려운 문제점이 있다.
그라비아 오프셋 프린팅 방법은, 형성하고자 하는 전극 패턴 모양으로 된 음각의 그라비아 롤 및 평판의 실리콘 Blanket을 이용하여 인쇄형 도전성 페이스트 조성물을 기판 표면에 일정 두께로 인쇄한 다음, 이를 경화함으로써 전극 패턴을 형성하는 방식이다. 이러한 그라비아 오프셋 프린팅 방법은 포토리소그래피 방식에 비해 제조 장비 및 공정이 간단하여 설비 및 재료비를 절감할 수 있는 장점이 있으나 20㎛ 이하의 전극 배선의 미세 패턴 구현이 어려운 문제점이 있다.
포토리소그래피 방법은, 먼저, 스퍼터링 공정으로 기판 상에 도전막을 형성하고, 도전막 상에 포토레지스트를 도포한 후, 마스크를 이용하여 포토레지스트를 선택적으로 노광시켜 도전막의 일부를 노출시킨다. 노출된 도전막은 에칭으로 제거하여 전극 패턴을 형성하고, 나머지 포토레지스트를 제거함으로써, 최종적으로 전극 패턴을 완성하게 된다. 이러한 포토리소그래피 방법은 미세 선폭 구현이 가능하나, 진공 하에서 도전막 증착 후 포토레지스트 도포, 노광, 현상, 에칭 및 박리 공정이 이루어져야 하기 때문에 복잡한 공정을 거쳐야 하고, 고가의 장비가 요구되어 투자비 및 생산 단가가 증가하는 단점이 있다.
한국공개특허 제 2013-0109586호는 기판에 트렌치를 형성하고, 도전성 잉크를 분사하는 노즐과 상기 기판 사이에 전기장이 형성된 상태에서, 상기 트렌치에 상기 도전성 잉크를 제공하는 단계를 포함하는 도전 패턴의 형성 방법을 개시하고 있다. 그러나, 상기 방법은 전기장을 이용하기 때문에, 트렌치로 전기적 특성을 띈 도전성 재료를 사용해야 하는 한계가 있고, 공정이 복잡하며, 공정 특성 상, 1㎛ 이상의 두께를 형성하기 힘든 문제점이 있다.
이에, 본 발명의 목적은 상대적으로 저비용 및 간단한 공정 단계로 미세 패턴 구현이 가능한 전극 패턴의 형성 방법 및 전극 패턴을 제공하는 것이다.
본 발명은,
기재 상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
상기 포토레지스트 패턴의 음각부를 도전성 페이스트로 채우는 단계; 및
상기 도전성 페이스트를 경화하는 단계를 포함하는 전극 패턴의 형성 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 기재; 및 상기 기재 상에 형성된 전극을 포함하고, 상기 전극은, 그 단면이 U자형, V자형, 위쪽이 열린 사다리꼴형, 위쪽이 열린 역사다리꼴형, 또는 위쪽이 열린 직사각형의 형상으로 형성된, 전극 패턴을 제공한다.
본 발명의 전극 패턴의 형성 방법은, 패턴의 사이즈 및 형상에 대한 설계 자유도가 높고 위치 정밀도가 우수하여, 고해상도 및 균일한 선폭을 갖는 전극 패턴을 형성할 수 있다.
또한, 포토레지스트 패턴이 전극 패턴을 지지하는 역할을 하므로 샤프니스(sharpness), 평탄도, 직진도 등이 우수하여 전극 패턴의 품질이 향상될 수 있으며, 미세하고 다양한 패턴을 구현할 수 있다.
나아가, 상기 포토레지스트 패턴을 선택적으로 박리할 수 있으며, 이렇게 선택적으로 박리할 경우, View area 부분의 포토레지스트 패턴 잔류물 제거가 가능하여, 보다 품질 높은 제품의 구현이 가능해지고, 박리하지 않은 부분의 포토레지스트 패턴이 전극 패턴의 지지대 및/또는 절연부 역할을 할 수 있다.
이러한 본 발명의 전극 패턴의 형성 방법은, 미세 전극 패터닝을 요구하는 다양한 디바이스에 적용가능하며, 특히, 터치스크린 패널(touch screen panel, TSP)에 구비되는 터치 센서를 형성하는 데에 유용하게 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전극 패턴의 형성 방법의 개략적인 순서도를 도시한 도면이다.
도 2는 실시예 1 내지 4에 따라 형성된 전극 패턴을 광학 현미경(optical micro scope)으로 관찰한 사진이다.
도 3은 실시예 5에 따라 형성된 전극 패턴을 광학 현미경(optical micro scope)으로 관찰한 사진이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 전극 패턴 단면의 모식도다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 전극 패턴 단면의 모식도다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 전극 패턴의 표면을 광학 현미경(optical micro scope)으로 관찰한 사진이다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 전극 패턴의 표면을 SEM으로 관찰한 사진이다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 전극 패턴의 단면을 SEM으로 관찰한 사진이다.
본 발명의 전극 패턴의 형성 방법은, 기재 상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴의 음각부를 도전성 페이스트로 채우는 단계; 및 상기 도전성 페이스트를 경화하는 단계를 포함한다.
그리고, 본 발명의 전극 패턴은, 기재; 및 상기 기재 상에 형성된 전극을 포함하고, 상기 전극은, 그 단면이 U자형, V자형, 위쪽이 열린 사다리꼴형, 위쪽이 열린 역사다리꼴형, 또는 위쪽이 열린 직사각형의 형상으로 형성된다.
본 발명에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되며, 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 예시적인 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한 본 발명에 있어서, 각 구성 요소가 각 구성 요소들의 "상에" 또는 "위에" 형성되는 것으로 언급되는 경우에는 각 구성 요소가 직접 각 구성 요소들의 위에 형성되는 것을 의미하거나, 다른 구성 요소가 각 층 사이, 대상체, 기재 상에 추가적으로 형성될 수 있음을 의미한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 예시하고 하기에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 구현예에 따른 전극 패턴의 형성 방법에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 전극 패턴의 형성 방법은, 기재 상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴의 음각부를 도전성 페이스트로 채우는 단계; 및 상기 도전성 페이스트를 경화하는 단계를 포함한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전극 패턴의 형성 방법의 개략적인 순서를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 먼저, 전극 패턴을 형성하고자 하는 기재(10)를 준비하고, 기재(10) 상에 포토레지스트 조성물(20)을 도포한다(단계 (a) 및 (b)).
다음에, 포토레지스트 조성물(20)이 도포된 영역에 대하여 마스크 패턴 등을 이용하여 선택적으로 노광 및 현상함으로써, 포토레지스트 패턴(30)을 형성한다(단계 (c)). 상기 마스크 패턴은 최종적으로 형성하고자 하는 전극 패턴을 고려하여 설계된 것이며, 이렇게 형성된 포토레지스트 패턴(30)은 선택적 노광 및 현상에 따라 음각부(30a)와 양각부(30b)를 가진다.
상기 포토레지스트 패턴(30)의 음각부(30a)를 도전성 페이스트로 채운다. 이때 도면에 도시하지는 않았지만, 포토레지스트 패턴(30)의 음각부(30a)를 모두 채우고 과도하게 도포된 도전성 페이스트가 존재할 경우, 상기 도전성 페이스트의 도포 높이를 양각부(30b)의 높이에 맞추어 균일하게 조정하고 표면을 편평하게 하기 위하여 상기 도포된 도전성 페이스트의 표면을 블레이드(blade) 등의 수단으로 밀어 평탄화하는 단계를 더 수행할 수 있다.
다음에, 음각부(30a)를 채운 도전성 페이스트를 경화한다. 상기 도전성 페이스트의 경화는 일정한 온도로 가열하여 상기 도전성 페이스트를 소성하는 방식으로 수행될 수 있으며, 상기 도전성 페이스트의 경화에 의해 전극 패턴(40)이 형성된다(단계 (d)).
이후에, 상기 포토레지스트 패턴(30)은 제거할 수 있다(단계 (e)). 도 1에는 전극 패턴(40)을 형성한 후 포토레지스트 패턴(30)을 모두 제거하는 것으로 도시하였지만, 필요에 따라 제거하지 않거나, 일부만 제거할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 전극 패턴의 형성 방법을 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 포토레지스트 패턴을 형성하는 기재는 기판이 될 수 있다. 상기 기재는 예를 들어, 유리, 강화유리, 실리콘, 알루미늄, 인듐 틴옥사이드(ITO), 인듐 징크옥사이드(IZO), 몰리브덴, 이산화 실리콘, 도핑된 이산화실리콘, 질화실리콘, 탄탈륨, 구리, 폴리실리콘, 세라믹, 알루미늄/구리 혼합물 및 중합성 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 사용할 수 있고, 특별히 한정되지 않는다. 바람직하게는 상기 기재는 강화유리 기판일 수 있다.
상기 기재로 강화유리를 사용할 경우 소다라임, 알루미노 실리케이트 유리를 적용할 수 있다.
상기 포토레지스트 패턴은 상기 기재 상에 직접 형성되거나, 필요에 따라, 상기 기재 상에 다른 막, 층, 필름, 패턴 등이 개재된 상태로 형성될 수 있다.
상기 포토레지스트 패턴은 본 발명이 속하는 기술분야에 널리 알려진 포토레지스트 조성물 및 포토레지스트 패턴의 형성 방법을 이용하여 형성할 수 있다.
이때 상기 포토레지스트 조성물을 구성하는 성분은 특별히 제한되지 않으며, 일반적인 고분자 수지, 감광성 화합물, 용매, 기타 첨가제를 포함할 수 있다.
상기 고분자 수지의 대표적인 예로는 페녹시계, 폴리에스터계, 우레탄계, 에폭시계, 노볼락계 수지 등을 들 수 있다.
구체적으로, 상기 노볼락계 수지는 페놀계 화합물과 알데하이드계 화합물 또는 케톤계 화합물을 산성 촉매하에서 축중합 반응시켜 수득된 수지일 수 있다. 예를 들면, 상기 노볼락계 수지는 메타 크레졸 단독으로 합성된 노볼락계 수지, 파라 크레졸 단독으로 합성된 노볼락계 수지, 레조시놀을 사용한 노볼락계 수지, 살리실릭 알데하이드와 벤질 알데하이드를 반응시켜 제조한 노볼락계 수지, 메타 크레졸, 파라크레졸, 레조시놀 등을 혼합하여 반응시켜 제조된 노볼락계 수지 등이 모두 사용될 수 있다.
상기 페놀계 화합물의 구체적인 예로는 페놀, 오르토크레졸, 메타크레졸, 파라크레졸, 2,3-디메틸페놀, 3,4-디메틸페놀, 3,5-디메틸페놀, 2,4-디메틸페놀, 2,6-디메틸페놀, 2,3,6-트리메틸페놀, 2-t-부틸페놀, 3-t-부틸페놀, 4-t-부틸페놀, 2-메틸레졸시놀, 4-메틸레졸시놀, 5-메틸레졸시놀, 4-t-부틸카테콜, 2-메톡시페놀, 3-메톡시페놀, 2-프로필페놀, 3-프로필페놀, 4-프로필페놀. 2-이소프로필페놀, 2-메톡시-5-메틸페놀, 2-t-부틸-5-메틸페놀, 티몰, 또는 이소티몰 등을 들 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 혼합되어 사용될 수 있다.
상기 알데하이드계 화합물의 구체적인 예로는 포름알데하이드, 포르말린, 파라포름알데하이드, 트리옥산, 아세트알데하이드, 프로필알데하이드, 벤즈알데하이드, 페닐아세트알데하이드, α-페닐프로필알데하이드, β-페닐프로필알데하이드, o-하이드록시벤즈알데하이드, m-하이드록시벤즈알데하이드, p-하이드록시벤즈알데하이드, o-클로로벤즈알데하이드, m-클로로벤즈알데하이드, p-클로로벤즈알데하이드, o-메틸벤즈알데하이드, m-메틸벤즈알데하이드, p-메틸벤즈알데하이드, p-에틸벤즈알데하이드, p-n-부틸벤즈알데하이드, 또는 테레프탈산알데하이드 등을 들 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 혼합되어 사용될 수 있다.
상기 케톤계 화합물의 구체적인 예로는, 아세톤, 메틸에틸케톤, 디에틸케톤, 디페닐케톤을 들 수 있으며, 이들은 각각 단독으로 또는 혼합되어 사용될 수 있다.
상기 포토레지스트 조성물에 있어서, 상기 감광성 화합물로는 디아지드계 화합물을 사용할 수 있으며, 상기 디아지드계 감광성 화합물은 폴리하이드록시 벤조페논, 1,2-나프토퀴논디아지드, 및 2-디아조-1-나프톨-5-술폰산 등의 화합물을 반응시켜 제조된 화합물일 수 있다. 예를 들어, 상기 디아지드계 감광성 화합물은 트리하이드록시 벤조페논과 2-디아조-1-나프톨-5-술폰산을 에스테르화 반응시켜 제조된 2,3,4-트리하이드록시벤조페논-1,2-나프토퀴논디아지드-5-설포네이트; 또는 테트라하이드록시 벤조페논과 2-디아조-1-나프톨-5-술폰산을 에스테르화 반응시켜 제조된 2,3,4,4'-테트라하이드록시벤조페논-1,2-나프토퀴논디아지드-5-설포네이트일 수 있으며, 이들은 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 또한, 상기 예시된 디아지드계 화합물을 혼합 사용시 그 혼합비는 특별히 한정되지 않고 이 분야의 당업자에게 잘 알려진 비율로 혼합할 수 있다.
상기 유기 용매는 종래의 포토레지스트 조성물에서 사용되고 있는 통상의 유기 용매를 사용할 수 있다. 예들 들면, 상기 포토레지스트 조성물의 각 성분을 용해시킬 수 있고 도포막의 형성이 용이한 글리콜에테르류, 에틸렌글리콜 알킬에테르아세테이트류 또는 디에틸렌글리콜류 등이 사용될 수 있다. 바람직하게, 상기 유기 용매는 프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트, 에틸락테이트, 2-메톡시에틸아세테이트, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤 및 1-메틸-2-피롤리디논으로 이루어진 군으로부터 1종 이상을 사용할 수 있다.
또한, 상기 포토레지스트 조성물은 필요에 따라 포토레지스트의 감도 향상을 위하여 통상의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 포토레지스트 조성물은 필요에 따라 착색제, 염료, 가소제, 접착 촉진제, 계면활성제, 찰흔 방지제 등과 같은 첨가제를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 포토레지스트 조성물의 구성성분으로 예시한 화합물들은 사용가능한 일례로 제시한 것이며, 본 발명의 패턴 형성 방법이 상기에서 예시한 포토레지스트 조성물에 제한되는 것은 아니다.
상기 포토레지스트 조성물은 침지, 분무, 회전 및 스핀 코팅을 포함하는 통상적인 도포 방법으로 기재 상에 도포할 수 있다.
다음에, 상기 포토레지스트 조성물이 도포된 영역에 대하여 마스크 패턴 등을 이용하여 선택적으로 노광(exposure)을 한다. 상기 노광 공정은 마스크 패턴을 기재와 광원 사이에 위치시켜서, 광원에서 나온 광이 패턴이 없는 부분만 투과하여 포토레지스트 조성물을 감광시키는 공정이다.
상기 노광된 포토레지스트 조성물을 현상(development)함으로써, 포토레지스트 패턴을 형성한다.
보다 구체적으로, 상기 노광된 기판은 알칼리성 현상 수용액에 충분히 침지시킨 후, 빛에 노출된 부위의 포토레지스트 막이 전부 또는 거의 대부분 용해될 때까지 방치한다. 이때, 상기 현상 수용액은 알칼리 수산화물, 수산화암모늄 또는 테트라메틸암모늄 하이드록사이드(tetramethylammoni㎛ hydroxide)를 함유하는 수용액을 사용하는 것이 바람직하다. 노광된 부위가 용해되어 제거된 기판을 현상액으로부터 꺼내어 세척하고 건조시키면 목적하는 형태의 포토레지스트 패턴을 형성하게 된다.
상술한 과정으로 형성된 포토레지스트 패턴은 선택적 노광 및 현상에 따라 음각부와 양각부를 가진다. 상기 음각부는 상기 포토레지스트 패턴 하부의 기재 또는 막이 노출된 부분이며, 상기 양각부는 상기 기재가 노출되지 않고 일정한 높이를 갖는 패턴 부분이다.
본 발명의 전극 패턴의 형성 방법에 따르면, 상기 포토레지스트 패턴의 음각부에 도전성 페이스트를 도포하여 채운 후 경화시킴으로써, 상기 포토레지스트 패턴의 음각부 모양대로 전극 패턴을 형성하게 된다.
상기 포토레지스트 패턴의 음각부에 도전성 페이스트를 도포하는 단계는 스퀴징 코팅법(sqeezing coating), 닥터 블레이드 코팅법(Doctor blade coating)을 포함하는 블레이드 코팅법(blade coating), 및 스핀 코팅법(spin coating) 등의 방법에 의해 수행될 수 있으며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 도전성 페이스트의 도포 후에, 상기 포토레지스트 패턴의 음각부를 모두 채우고 남은 나머지 도전성 페이스트를 제거하고 상기 도전성 페이스트의 도포 높이를 양각부의 높이에 맞추어 균일하게 조정하며 표면을 편평하게 하는, 평탄화 단계를 더 수행할 수 있다. 이때, 상기 나머지 도전성 페이스트를 제거하기 위한 수단 또는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 블레이드(blade), 스퀴지(sqeeze), 세정액 등의 물리적, 화학적 수단을 사용할 수 있다.
상기 도전성 페이스트는 전기 전도성이 우수하고 소성 또는 경화에 의해 전극 형성이 가능한 것이면 특별히 제한되지는 않으나, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 은(Ag)을 주성분으로 포함하는 은 페이스트(Ag paste)일 수 있다. 상기 도전성 페이스트로 은 페이스트를 사용할 경우, 상기 은 페이스트는, 은 분말, 바인더, 용매, 글래스 프릿, 기타 첨가제 등을 포함할 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에 알려진 은 페이스트를 이용할 수 있다.
상기 은 페이스트는 전기전도성이 우수하여 특히 터치스크린용 전극 패턴 형성시 널리 이용된다. 상기 은 페이스트를 이용하여 전극 패턴을 형성하는 방법으로는 스크린 프린팅 방법(screen printing method), 임프린팅(imprinting method), 포토리소그래피(photolithography) 등이 있다.
이중 스크린 프린팅 방법은, 형성하고자 하는 전극 패턴 모양으로 된 스크린을 사용하여 인쇄형 도전성 페이스트 조성물을 기판 표면에 일정 두께로 인쇄를 한 다음, 이를 경화함으로써 전극 패턴을 형성하는 방식이다. 이러한 스크린 프린팅을 통한 방법은 임프린팅 및 포토리소그래피 방식에 비해 제조 장비 및 공정이 간단하여 설비 및 재료비를 절감할 수 있는 장점이 있으나 80 마이크론 이하의 전극 배선의 미세 패턴 구현이 어려운 문제점이 있다.
그라비아 옵셋 인쇄 방법은, 음각의 그라비아 롤에 인쇄형 도전성 페이스트 조성물을 Doctor Blade로 Doctoring한 후, 평평한 기판에 1차 전사하여, 기재 상에 패턴을 형성하는 방식이다. 이러한 그라비아 옵셋을 통한 방법은 포토리소그라피 방식에 비해 제조 장비 및 공정이 간단하여 설비 및 재료비를 절감할 수 있는 장점이 있으나 20마이크론 이하의 전극 배선의 미세 패턴 구현이 어려운 문제점이 있다
임프린팅 방법은, 광경화성 수지나 열경화성 수지 등의 경화성 수지에 가압 스탬프를 적용하여 전극 패턴을 형성하는 방식이다. 그러나, 얼라인먼트(alignment)가 필요한 복잡한 패턴 형성이 어렵고 잔여물 제거가 쉽지 않아, 고품질의 패턴을 형성하기 어려운 단점이 있다. 특히, 상기 임프린팅 방법에 있어서, 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS) 등의 고분자 몰드(working mold)를 이용하여 패턴을 형성할 수도 있으나, 연속 공정에 적용 시, 몰드 상에 잔류물이 남게 되어, 작업이 어려워질 수 있고, 몰드의 수명이 단축되는 단점이 있다.
포토리소그래피 방법은, 먼저, 스퍼터링 공정으로 기판 상에 도전막을 형성하고, 도전막 상에 포토레지스트를 도포한 후, 마스크를 이용하여 포토레지스트를 선택적으로 노광시켜 도전막의 일부를 노출시킨다. 노출된 도전막은 에칭으로 제거하여 전극 패턴을 형성하고, 나머지 포토레지스트를 제거함으로써, 최종적으로 전극 패턴을 완성하게 된다. 이러한 포토리소그래피 방법은 미세 선폭 구현이 가능하나, 진공 하에서 도전막 증착 후 포토레지스트 도포, 노광, 현상, 에칭 및 박리 공정이 이루어져야 하기 때문에 복잡한 공정을 거쳐야 하고, 고가의 장비가 요구되어 투자비 및 생산 단가가 증가하는 단점이 있다.
이에 비하여, 본 발명의 전극 패턴의 형성 방법은, 포토레지스트 패턴을 이용하여 전극 패턴을 디자인하므로, 전극 패턴의 선폭, 사이즈 및 형상에 대한 설계 자유도가 높고 위치 정밀도가 우수하여, 고해상도 및 균일한 선폭을 갖는 전극 패턴을 형성할 수 있다. 또한, 도전막에 대하여 포토리소그래피에 의한 패턴화하는 것이 아니라, 일반적인 포토레지스트 공정으로 포토레지스트 패턴을 먼저 형성한 후 패턴화될 부분에만 도전성 페이스트를 도포하여 경화할 수 있기 때문에, 에칭 및 수세 등의 추가 공정을 거치지 않아, 비교적 간단한 공정으로 수행 가능하고, 추가 설비의 부담이 없으며, 재료비가 절감될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 도전성 페이스트를 경화하는 단계는, 약 60 내지 약 600℃의 온도에서 약 3분 내지 약 60분 동안 건조 및/또는 소성함으로써 수행할 수 있고, 구체적으로, 약 60 내지 약 250℃에서 용매를 증발시키면서 경화하거나, 기재의 유리 전이 온도 이상 약 600℃ 이하의 온도에서 소성하여, 전극 패턴을 형성할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기와 같이 도전성 페이스트를 일정한 온도로 가열하여 소성함으로써 상기 포토레지스트 패턴의 음각부의 모양대로 전극 패턴이 형성된다.
이후에, 상기 포토레지스트 패턴은 필요에 따라 제거하지 않거나, 일부만 제거하거나, 또는 모두 제거할 수 있다. 상기 포토레지스트 패턴을 제거하지 않고 그대로 남겨둘 경우, 상기 전극 패턴의 지지대 및/또는 절연부 역할을 할 수 있다.
반면, 상기 포토레지스트 패턴을 모두 제거할 경우, 투명전극으로 활용가능하며 상기 포토레지스트 패턴의 양각부에 일부 남아있을 수 있는 도전성 페이스트의 잔여물(residue)의 제거가 가능하여 전극 패턴의 신뢰성 향상에 도움이 될 수 있다. 또한, 상기 포토레지스트 패턴의 일부만을 제거하는 경우, 제거되지 않은 나머지 부분은 형성된 패턴을 지지하고, 전극 금속의 이동(migration) 및 노이즈를 감소시킬 수 있는 절연층으로서 기능할 수 있다.
상기 포토레지스트 패턴의 제거는 적절한 박리액을 선택하고, 박리액에 노출되는 시간을 조절하는 등, 본 발명이 속하는 기술분야에 널리 알려진 포토레지스트 패턴의 제거 방법을 이용하여 수행할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 전극 패턴의 형성 방법에 따르면, 패턴의 사이즈 및 형상에 대한 설계 자유도가 높고 위치 정밀도가 우수하여, 고해상도 및 균일한 선폭을 갖는 전극 패턴을 형성할 수 있다. 특히, 10 마이크론 이하의 미세 선폭을 갖는 패턴도 용이하게 형성가능하다.
또한, 전극 패턴을 형성하는 동안, 포토레지스트 패턴이 전극 패턴을 지지하는 역할을 하므로 샤프니스, 평탄도, 직진도 등이 우수하여 전극 패턴의 품질이 향상될 수 있으며, 미세하고 다양한 패턴을 구현할 수 있다.
나아가, 상기 포토레지스트 패턴을 선택적으로 박리하거나 박리하지 않을 수 있으며, 박리할 경우 양각부에 일부 남아있을 수 있는 잔여물의 제거가 가능하고 박리하지 않을 경우, 전극 패턴의 지지대 및/또는 절연부 역할을 할 수 있다.
추가적으로, 포토레지스트 패턴의 음각부를 채운 후 경화하는 방식으로 전극 패턴을 형성하므로, 전극 패턴 형성용 도전성 페이스트에 요구되는 점탄성, 현상 마진 등의 물성 요구 기준값이 낮아질 수 있어 저가의 도전성 페이스트로도 미세 선폭의 고품질 패턴을 형성할 수 있어 생산성 향상에 유리하다.
한편, 본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 기재; 및 상기 기재 상에 형성된 전극을 포함하고, 상기 전극은, 그 단면이 U자형, V자형, 위쪽이 열린 사다리꼴형, 위쪽이 열린 역사다리꼴형, 또는 위쪽이 열린 직사각형의 형상으로 형성된, 전극 패턴이 제공된다.
본 발명의 전극 패턴은 상술한 전극 패턴의 형성 방법에 의해 제조될 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 전극 패턴은, 기재; 상기 기재 상에 음각부 및 양각부를 가지는 형태로 형성된 포토레지스트 패턴; 및 상기 포토레지스트 패턴의 음각부를 채우는 형태로 형성된 전극을 포함하는 것일 수 있다.
그리고 전극이 상기 포토레지스트 패턴의 음각부를 채우는 형태로 형성된다 함은, 기재 상에 포토레지스트 조성물을 도포하고, 선택적으로 노광한 후, 노광된 포토레지스트 조성물을 현상하여 형성된 포토레지스트 패턴에서 주변보다 높이가 낮은 부분, 즉 포토레지스트가 제거되어 주변보다 높이가 낮아진 음각부의 전부 혹은 일부를 채우는 형태로 전극이 형성되는 것을 의미한다.
즉, 상기 전극 패턴의 형성 방법에서 상술한 바와 같이, 포토레지스트의 음각부에 전극 패턴 형성용 도전성 페이스트를 채우고, 경화하여, 전극이 형성될 수 있으며, 전극이 음각부를 전부 채우게 되는 경우, 전극이 형성된 부분의 높이가 주변의 포토레지스트 양각부와 동일하게 될 수 있다.
이와는 달리, 전극의 높이가 음각부의 일부만을 채우는 형태로도 형성될 수 있다. 즉, 상기 도전성 페이스트의 건조 및 경화 과정에서 상기 도전성 페이스트에 포함되어 있는 용매가 제거되거나, 상기 도전성 페이스트의 부피가 줄어들게 되어, 음각부의 일부에만 전극이 형성되는 형태로 전극 패턴이 형성될 수 있다.
음각부의 일부에만 전극이 형성되는 형태라 함은, 상기 전극의 단면을 관찰하였을 때, 음각부의 측면, 및 상기 포토레지스트의 제거에 의해 노출되는 기재 상에 전극이 소정의 두께를 가지며 코팅된 형태로 형성된 것을 의미하며, 더 구체적으로는, 형성된 전극에서 그 단면이 U자형, V자형, 위쪽이 열린 사다리꼴형, 위쪽이 열린 역사다리꼴형, 위쪽이 열린 직사각형의 형상 등으로 형성되는 것을 의미한다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 전극 패턴 단면의 모식도이다.
도 4를 참조하면, 기재(10); 상기 기재 상에 음각부(30a) 및 양각부(30b)를 가지는 형태로 형성된 포토레지스트 패턴(30); 및 상기 포토레지스트 패턴의 음각부를 채우는 형태로 형성된 전극(40)을 포함하는, 전극 패턴을 확인할 수 있다.
특히 도 4의 경우, 상기 전극의 단면을 관찰하였을 때, 포토레지스트가 제거된 부분(음각부, 30a)의 표면(측면) 및 상기 포토레지스트가 제거된 부분에 의해 노출되는 기재(10) 상에 전극(40)이 코팅된 형태로 형성되어, 형성된 전극에서 그 단면이 U자형, V자형, 위쪽이 열린 사다리꼴형, 위쪽이 열린 역사다리꼴형, 위쪽이 열린 직사각형의 형상 등으로 형성된 것을 명확히 확인할 수 있다.
그리고, 상기 전극 패턴의 형성 방법에서 상술한 바와 같이, 전극 형성 후, 상기 포토레지스트 패턴의 양각부(30b)는 적어도 일부 또는 전부가 제거될 수 있다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 전극 패턴 단면의 모식도이다.
도 5를 참조하면, 기재(10); 상기 기재 상에 음각부(30a) 및 양각부(30b)를 가지는 형태로 형성된 포토레지스트 패턴(30); 및 상기 포토레지스트 패턴의 음각부를 채우는 형태로 형성된 전극(40)에서, 양각부(30b)에 남아있던 포토레지스트 패턴(30)까지 제거된 형태를 명확히 확인할 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 음각부 및 양각부를 가지는 형태로 형성되었던 포토레지스트 패턴은 필요에 따라 제거하지 않거나, 일부만 제거하거나, 또는 모두 제거할 수 있다. 상기 포토레지스트 패턴을 제거하지 않고 그대로 남겨둘 경우, 상기 전극 패턴의 지지대 및/또는 절연부 역할을 할 수 있다.
그리고, 상기 포토레지스트 패턴의 적어도 일부를 제거하는 경우, 상기 포토레지스트 패턴의 양각부에 일부 남아있을 수 있는 도전성 페이스트의 잔여물(residue)의 제거가 가능하여 전극 패턴의 신뢰성 향상에 도움이 될 수 있으며, 제거 정도에 따라, 제거되지 않은 나머지 부분은 형성된 패턴을 지지하고 노이즈를 감소시킬 수 있는 절연층으로서 기능할 수 있음은, 상술한 바와 같다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 패턴은, 상술한 특징으로 인하여, 전극의 선폭이 약 10㎛ 이하, 바람직하게는 약 1 내지 약 10㎛으로, 초미세 선폭을 구현할 수 있으며, 이에 따라, 미세 전극 패터닝을 요구하는 다양한 디바이스, 특히, 터치스크린 패널(touch screen panel, TSP)에 구비되는 터치 센서 등을 형성하는 데에 유용하게 적용할 수 있다.
이하, 본 발명의 전극 패턴의 형성 방법을 하기의 실시예에서 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 >
전극 패턴의 형성
실시예 1
전극 패턴을 형성하기 위한 기재로, 본 발명이 속한 기술 분야에서 일반적으로 사용되는 소다 라임 유리 기판을 준비하였다.
상기 기재 상에 포토레지스트 조성물(DTFR-JC800, positive 타입, 제조사: 동진쎄미켐)을 스핀 코팅 방법에 의해 6㎛의 두께로 도포한 후, 핫 플레이트를 이용하여, 90℃ 에서 120초 동안 pre-bake하였다. 프리베이크 후에 측정된 두께는 3㎛였다.
다음에, 포토레지스트 조성물이 도포된 영역에 대하여, 선 하나의 선폭이 10㎛인 패턴을 형성하기 위한 마스크 패턴을 적용하고, Proximity 노광기(제조사: SEIWA)를 이용하여, 365nm파장의 빛을 40mJ의 적산노광량으로 노광하였다.
노광에 의해 도포된 포토레지스트 조성물의 일부가 경화된 기판을, 현상액(제품명: DPD-200, 알칼리 계 현상액, 제조사: 동진쎄미켐)에, 25℃에서 60초 동안 침지하여 현상함으로써, 포토레지스트 패턴을 형성하였다. 형성된 포토레지스트 패턴은 마스크 패턴의 형태에 따라, 선폭이 10㎛인, 메쉬 형태(Mesh pattern)의 음각부와 양각부를 가지게 되었다.
형성된 포토레지스트 패턴의 음각부에, 은(Ag)을 포함하는 도전성 페이스트(제품명: DNI-100, 제조사: 동진쎄미켐, 은 입자 크기는 30 내지 40nm)를 채우고, 스퀴지 블레이드를 이용하여, 채워진 도전성 페이스트의 높이가 포토레지스트 패턴의 양각부 높이와 맞춰지도록, 표면을 평탄화 하였다.
그리고, IR경화기(제조사: 영암)를 이용하여 85℃에서, 13분 동안 가열하여, 도전성 페이스트를 경화하였다.
도전성 페이스트가 경화되어, 전극을 형성한 것을 확인한 후, 기판을 포토레지스트 제거용 용액(제품명: DPS7300, 아민계 제거액, 제조사: 동진쎄미켐)에 침지하여, 포토레지스트를 모두 제거하였다.
실시예 2
선폭을 8㎛로 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 전극 패턴을 형성하였다.
실시예 3
선폭을 5㎛로 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 전극 패턴을 형성하였다.
실시예 4
선폭을 3㎛로 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 전극 패턴을 형성하였다.
실시예 5
선폭을 50㎛으로 하고, 그 주위로 수백㎛ 선폭의 대면적 패턴이 형성되도록 한 것을 제외하고는, 위 실시예 1과 동일한 방법으로 전극 패턴을 형성하였다.
도 2는 상기 실시예 1 내지 4에 따라 각각의 선폭으로 형성된 전극 패턴을 광학 현미경(optical micro scope)으로 관찰한 사진이다.
도 2를 참조하면, 선폭이 각각 10㎛, 8㎛, 5㎛, 3㎛인, 메쉬 형태(Mesh pattern)의 전극 패턴이 형성된 것을 확인할 수 있으며, 다양한 선폭의 패턴이 양호하게 구현된 것을 확인할 수 있다.
도 3은 상기 실시예 5에 따라 형성된 전극 패턴을 광학 현미경으로 관찰한 사진이다.
도 3을 참조하면, 50㎛ 미세 선폭과 수백㎛ 너비의 대면적 패턴이 하나의 기재 상에 형성된 것을 확인할 수 있으며, 본 발명에 의해 다양한 형태의 전극 패턴이 동시에 양호하게 구현될 수 있음을 확인할 수 있다.
도 6은, 상기 실시예에 의해 형성된 전극 패턴에서, 전극을 형성한 후, 포토레지스트를 제거하기 전, 그 표면을 광학 현미경으로 관찰한 사진이다.
도 6을 참조하면, 기재; 상기 기재 상에 음각부 및 양각부를 가지는 형태로 형성된 포토레지스트 패턴; 및 상기 포토레지스트 패턴의 음각부를 채우는 형태로 형성된 전극을 포함하는, 전극 패턴을 확인할 수 있다.
구체적으로, 상기 도 6에서, 검정색 어두운 부분은, 제거하기 전의 포토레지스트의 양각부이고, 밝은 부분은 상기 포토레지스트 패턴의 음각부에 금속 성분의 전극이 형성된 형태이다. 상기 전극은 단면이 V자형의 또는 역사다리꼴로 형성되어, 그 중심부가 상대적으로 어둡게 관찰되는 것을 확인할 수 있다.
도 7은 상기 실시예 3(선폭 5㎛)에서 구현한 전극 패턴의 표면을 SEM으로 관찰한 사진이며, 도 8은 실시예 3(선폭 5㎛)에서 구현한 전극 패턴의 단면을 SEM으로 관찰한 사진이다.
상기 도 7 및 도 8을 참조하면, 포토레지스트 패턴의 음각부를 채우는 형태로 형성된 전극에서, 양각부에 남아있던 포토레지스트 패턴이 완전히 제거되어, 전극이 기재 상에서 열린 역사다리꼴의 형태로 형성된 것을 명확히 확인할 수 있다.
10: 기재
20: 도포된 포토레지스트 조성물
30: 포토레지스트 패턴
30a: 음각부
30b: 양각부
40: 전극 패턴

Claims (12)

  1. 기재 상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트 패턴의 음각부를 도전성 페이스트로 채우는 단계; 및
    상기 도전성 페이스트를 경화하는 단계를 포함하는 전극 패턴의 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 포토레지스트 패턴의 음각부를 도전성 페이스트로 채우는 단계 이후에, 상기 도전성 페이스트의 표면을 평탄화하는 단계를 더 포함하는, 전극 패턴의 형성 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 도전성 페이스트를 경화하는 단계 이후에, 상기 포토레지스트 패턴의 적어도 일부를 제거하는 단계를 더 포함하는, 전극 패턴의 형성 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기재 상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계는,
    상기 기재 상에 포토레지스트 조성물을 도포하는 단계;
    상기 포토레지스트 조성물이 도포된 영역에 대하여 선택적으로 노광하는 단계; 및
    상기 노광된 포토레지스트 조성물을 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계를 포함하는, 전극 패턴의 형성 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 도전성 페이스트는 은(Ag)을 포함하는, 전극 패턴의 형성 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기재는 유리 또는 강화유리인, 전극 패턴의 형성 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전극 패턴은 터치스크린 패널의 터치 센서인, 전극 패턴의 형성 방법.
  8. 기재; 및
    상기 기재 상에 형성된 전극을 포함하고,
    상기 전극은, 그 단면이 U자형, V자형, 위쪽이 열린 사다리꼴형, 위쪽이 열린 역사다리꼴형, 또는 위쪽이 열린 직사각형의 형상으로 형성된, 전극 패턴.
  9. 제8항에 있어서,
    기재;
    상기 기재 상에 음각부 및 양각부를 가지는 형태로 형성된 포토레지스트 패턴; 및
    상기 포토레지스트 패턴의 음각부를 채우는 형태로 형성된 전극을 포함하는, 전극 패턴.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 기재는, 유리, 강화유리, 실리콘, 알루미늄, 인듐 틴옥사이드(ITO), 인듐 징크옥사이드(IZO), 몰리브덴, 이산화 실리콘, 도핑된 이산화실리콘, 질화실리콘, 탄탈륨, 구리, 폴리실리콘, 세라믹, 알루미늄/구리 혼합물 및 중합성 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는, 전극 패턴.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 전극은, 10㎛ 이하의 선폭으로 형성되는, 전극 패턴.
  12. 제8항의 전극 패턴을 포함하는, 터치스크린 패널.
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