WO2021230468A1 - 레지스트 미세패턴 형성장치 및 형성방법 - Google Patents

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WO2021230468A1
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resist
forming
discharge head
path
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김석순
이종균
한희준
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(주)유니젯
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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for forming a resist micropattern, and more particularly, a photocurable resist ink is semi-cured and applied on a substrate in a gelled state, and the resist is finely formed so as to form a vertical boundary with the ink for forming a barrier rib.
  • the present invention relates to a resist micropattern forming apparatus and method for forming a metal pattern with good etching or plating results by forming a sufficient thickness by forming the edge portion of the resist micropattern formed by forming the pattern close to the vertical. .
  • the ink droplet contact angle becomes small due to the spread of the ink in the width direction edge portion of the etching or plating resist pattern printed by the inkjet method, and as a result, the width direction edge portion of the resist pattern is formed gently to form the etching resist during the etching process. Since the width direction edge portion of the pattern does not effectively block the etching of the lower etch stopper, there is a great problem that a metal pattern with good etching result cannot be obtained.
  • the width direction edge portion of the resist pattern does not effectively function as the anti-plating part at the bottom, so there is a big problem that a metal pattern with good plating result cannot be obtained.
  • the resist pattern is formed by controlling the position of the ink in such a way that the ink collects only in a specific area by treating the surface state of the substrate with a hydrophobicity, or by making a step on the surface of the substrate so that the ink gathers on the lower side. Attempts have been made to increase the contact angle of the ink droplet.
  • this method has the disadvantage of causing high manufacturing cost due to the process of treating the surface of the substrate to have hydrophobicity/hydrophilicity or the step treatment process, as well as good etching because the cross-sectional edge of the pattern is still formed in a curved shape The problem still remains that the resulting metal pattern cannot be obtained.
  • An object of the present invention for solving the problems according to the prior art is to form a resist micropattern so as to form a vertical boundary with the ink for forming barrier ribs while the photocurable resist ink is hit on a substrate in a semi-cured and gelled state.
  • An object of the present invention is to provide a resist micropattern forming apparatus and a method for forming a resist micropattern to form a metal pattern with good etching or plating result by forming a sufficient thickness by forming the edge portion of the resist micropattern formed in accordance with the vertical.
  • the resist micropattern forming method of the present invention for solving the above technical problem is a resist micropattern forming method for forming a resist micropattern on a substrate having the same surface energy using inkjet printing for printing ink along a path, a target process of applying light energy to the ejected photocurable resist ink while simultaneously discharging the photocurable resist ink and the ink for forming a barrier rib spaced apart from each other on the front side and the rear side of the path;
  • the chemical conversion resist ink is applied on the substrate in a semi-cured and gelled state, it forms a vertical boundary with the barrier rib-forming ink hit on the substrate, and the photo-curable resist ink is prevented from spreading, and the photo-curable resist
  • the intensity of light is set so that the photocurable resist ink is cured after both the ink and the ink for forming the barrier rib are finished.
  • one of the photocurable resist ink and the ink for forming a barrier rib may be discharged from the front side of the path, and the other ink may be discharged from the rear side of the path.
  • a curing process of further curing the photocurable resist ink may be further included.
  • the thickness of the resist micropattern can be thickened by repeating the targeting process at least twice or more.
  • the photo-curable resist ink is discharged through a plurality of nozzles of the first discharge head arranged in a direction perpendicular to the path, and the ink for forming the barrier ribs is disposed in the second discharge head arranged in a vertical direction of the path.
  • a plurality of nozzles of the first discharge head and a plurality of nozzles of the second discharge head may be alternately arranged based on the path.
  • the outermost nozzles of the second discharge head may be alternately arranged inside the outermost nozzles of the first discharge head.
  • the first discharge head and the second discharge head may be formed to have a width that can cover the entire width of the substrate and to have the same width as each other, and may be arranged in series in the front-rear direction of the path.
  • the ink for forming the partition wall may be removed by washing with water.
  • a cleaning process of removing the ink for forming the barrier ribs by washing with water a hydrophilic treatment process of performing a hydrophilic treatment on the resist formed of the photocurable resist ink remaining after the cleaning process; and a plating process of forming a plating pattern in a region of the substrate except for the resist.
  • the resist micropattern forming apparatus of the present invention for solving the above technical problem is a resist micropattern forming apparatus for forming a resist micropattern on a substrate having the same surface energy using inkjet printing for printing ink along a path, a first ejection head ejecting the first ink from the front side of the path; a second ejection head for ejecting a second ink simultaneously with the first ejection head on a rear side of the path; and a light irradiator for applying light energy to ink discharged from at least one of the first discharge head and the second discharge head, wherein the first ink is any one of a photocurable resist ink and an ink for forming a barrier rib and the second ink is the other ink, and the light irradiator is perpendicular to the ink for forming barrier ribs hit on the substrate as the photocurable resist ink is semi-cured and deposited on the substrate in a gelled state.
  • the light intensity is set so that the
  • the photo-curable resist ink is discharged through a plurality of nozzles of the first discharge head arranged in a direction perpendicular to the path, and the ink for forming the barrier ribs is disposed in the second discharge head arranged in a vertical direction of the path.
  • a plurality of nozzles of the first discharge head and a plurality of nozzles of the second discharge head may be alternately arranged based on the path.
  • the outermost nozzles of the second discharge head may be alternately arranged inside the outermost nozzles of the first discharge head.
  • the first discharge head and the second discharge head are formed to have a width that can cover the entire width of the substrate and to have the same width as each other, and may be arranged in series in the front-rear direction of the path.
  • the edge portion of the resist micropattern formed by forming the resist micropattern to form a vertical boundary with the barrier rib ink while the photocurable resist ink is semi-cured and applied to the substrate in a gelled state It is possible to form a metal pattern with good etching results or plating results because it is possible to form a sufficient thickness by forming it close to the vertical.
  • the straightness of the line is made more uniformly, so that the pattern of a straight line is formed uniformly as a result of etching or plating, so that a smaller loss can be realized in high-frequency circuits, especially in 5G millimeter wave communication.
  • FIG. 1 is a view for explaining a target process of the resist micro-pattern forming method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of forming a resist micropattern according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a procedure of a method of forming a resist fine pattern according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of forming a resist micropattern according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an apparatus for forming a resist fine pattern according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an apparatus for forming a resist fine pattern according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic diagram illustrating an apparatus for forming a resist fine pattern according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic diagram illustrating an apparatus for forming a resist fine pattern according to another embodiment of the present invention.
  • a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component.
  • a component When it is said that a component is 'connected' or 'connected' to another component, it may be directly connected or connected to the other component, but it is understood that other components may exist in between. it should be
  • the resist micropattern forming method is configured to form a micropattern by using inkjet printing along an inkjet printing path of a substrate on which the micropattern is to be formed. Specifically, the ink is printed along the path It is made to form a resist micropattern on a substrate having the same surface energy using inkjet printing.
  • the resist micropattern forming method comprises a target process, wherein, as shown in FIG. 1, the photocurable resist is spaced apart from each other on the front side and the back side of the path. This is a process of applying light energy to the discharged photocurable resist ink while simultaneously discharging the ink and the ink for forming a barrier rib.
  • the photo-curable resist ink is made of an ink that is cured by light, and the ink for forming a barrier rib is an ink that can be removed by washing with water.
  • the photocurable resist ink is discharged through the first discharge head 100 at the front side of the printing path, and the second discharge head is at the rear side of the printing path. Discharging the barrier rib forming ink through 200 and applying light energy to the discharged photocurable resist ink through the light irradiator 300 are both performed simultaneously.
  • the plurality of nozzles n1 of the first discharge head 100 and the plurality of nozzles n2 of the second discharge head 200 are cross-arranged based on the path, and specifically, the resolution pitch to be printed It is configured to be cross-arranged to have a difference by half of .
  • the light energy forms a vertical boundary with the barrier rib-forming ink hit on the substrate as the photo-curable resist ink is semi-cured and deposited on the substrate in a gelled state.
  • the light intensity is set so that the photo-curable resist ink is prevented from spreading, and the photo-curable resist ink is cured after both the photo-curable resist ink and the barrier rib-forming ink are applied.
  • the photocurable resist ink is prevented from spreading, thereby reducing the area where the photocurable resist ink is hit.
  • the photocurable resist ink in a semi-cured and gelled state without being completely cured is hit and the barrier rib is formed before spreading on the substrate.
  • a boundary between the two inks may be formed vertically as a solvent ink is injected between the photo-curable resist inks to prevent the photo-curable resist ink from completely spreading.
  • the boundary portion between the gelled photocurable resist ink and the barrier rib forming ink is vertical
  • the boundary is formed in the form of phosphorus (refer to FIG. 2(a)), so that the thickness of both sides in the width direction of the gelled photocurable resist ink may be thick.
  • the photocurable resist ink when only the photocurable resist ink is discharged to form a resist micropattern, the photocurable resist ink is applied to the substrate and then spreads gradually, so that the thickness of both sides in the width direction of the pattern formed by the photocurable resist ink is As it becomes thinner, it becomes a form vulnerable to etching.
  • the resist micropattern is formed in the method of the present invention, as shown in FIG. Accordingly, it is formed to a thickness that can effectively prevent etching.
  • the photocurable resist ink is discharged through the first discharge head 100 from the front side of the printing path, and the ink for forming a barrier rib is discharged through the second discharge head 200 from the rear side of the printing path.
  • the ink for forming a barrier rib is discharged through the first discharge head 100 on the front side of the printing path, and the photocurable resist ink is discharged through the second discharge head 200 on the rear side of the printing path.
  • the method of discharging is also not excluded.
  • one ink of the photocurable resist ink and the ink for forming a barrier rib is discharged from the front side of the path, and the other ink is discharged from the rear side of the path.
  • the photo-curable resist ink and the barrier rib-forming ink are simultaneously discharged while being spaced apart from each other on the front side and the rear side of the path, and light energy is applied to the discharged photo-curable resist ink.
  • (b), (c), (d), (e) of FIG. 2 may be sequentially performed.
  • a curing process of further curing the photocurable resist ink may be performed.
  • the additional curing of the photo-curable resist ink may be performed through a separate photo curing machine (UV curing device), and in this case, the ink for forming the barrier rib is not affected by the photo curing device (UV curing device) and thus additional curing will not be done.
  • UV curing device photo curing machine
  • the thickness of the resist micropattern may be thickened by repeating the targeting process at least twice or more before or after the curing process.
  • the hardening process may be performed after repeating the hitting process at least twice, or two or more sets of the hitting and curing processes may be performed as one set.
  • the thickness of the resist micropattern can be formed to a desired thickness.
  • a cleaning process of removing the ink for forming the barrier ribs by washing with water and an etching process of etching a region of the substrate except for the resist formed with the photocurable resist ink remaining after the cleaning process are performed.
  • the cleaning process may be sequentially performed, and after these processes When the resist micropattern is removed, a micropattern may be formed on the substrate as shown in FIG. 2(e).
  • the resist micropattern can be removed by a strip process.
  • a general stripping solution is an alkali-based liquid that does not affect the etching or plating pattern, and is removed in the form of a film or dissolved in an alkali-based solution depending on the stripping result.
  • the composition of the stripping liquid varies depending on the resist composition. After removal, the substrate is cleaned to remove the stripping solution and dried. Ultrasound can be applied together to improve stripping and cleaning performance.
  • a cleaning process for removing the ink for forming the partition wall by washing with water a hydrophilic treatment process for performing a hydrophilic treatment on the resist formed with the photocurable resist ink remaining after the cleaning process, and
  • the method may further include a plating process of forming a plating pattern in an area of the substrate except for the resist.
  • a punching process, a curing process, and a cleaning process are performed to treat as shown in FIG. 4 (b), and thereafter, hydrophilic treatment
  • the process and plating process are performed as shown in FIG. 4 (c), and the resist micropattern is removed and treated as shown in FIG. 4 (d), and then flash etching is performed as shown in FIG. 4 (e). ) can be treated as
  • a resist fine pattern forming apparatus for performing the resist fine pattern forming method according to an embodiment of the present invention as described above.
  • the resist micropattern forming apparatus is a resist micropattern forming apparatus for forming a resist micropattern on a substrate having the same surface energy by using inkjet printing for printing ink along a path.
  • the resist fine pattern forming apparatus includes a first discharge head 100 for discharging a first ink from a front side of the path, and the first discharge head from a rear side of the path.
  • a second discharge head 200 for discharging the second ink at the same time as (100), and a light irradiator for applying light energy to ink discharged from at least one of the first discharge head 100 and the second discharge head 200 (300) is included.
  • the first ink is any one of a photocurable resist ink and an ink for forming barrier ribs
  • the second ink is composed of the other ink
  • the second ink is composed of the barrier rib forming ink
  • the first ink is the barrier rib forming ink
  • the second ink is composed of the photocurable resist ink
  • the photo-irradiator 300 forms a vertical boundary with the barrier rib-forming ink hit on the substrate as the photo-curable resist ink is semi-cured and applied on the substrate in a gelled state, and the photo-curable resist ink
  • the light intensity is set so that the photo-curable resist ink is cured after the photo-curable resist ink and the ink for forming a barrier rib are all sprayed.
  • 5 to 8 are schematic diagrams illustrating an apparatus for forming resist micropatterns according to an embodiment of the present invention.
  • four types of apparatuses for forming resist micropatterns will be described, respectively.
  • the four types of resist micropattern forming apparatus are unidirectional or bidirectional printing method, and the position and number of head arrangement and light irradiator depending on whether the first ink and the second ink are applied with the same type of ink or with different types of ink. will change
  • the resist fine pattern forming apparatus is an apparatus to which a unidirectional printing method and a method of applying ink of another type are applied, and the first discharge head is an ultraviolet curing type photocurable resist ink. is discharged, and the photocurable resist ink that flies after discharging is directly gelled by the light irradiator, and the solvent or water-based barrier rib-forming ink of the second discharge head is discharged between the patterns of the photocurable resist ink to form temporary barrier ribs.
  • the first discharge head is an ultraviolet curing type photocurable resist ink.
  • the resist micropattern forming apparatus is an apparatus for forming a resist micropattern on a substrate having the same surface energy by using an inkjet printing method of jetting ink along a printing path, and the main components and a first discharge head, a second discharge head, and a light irradiator.
  • the resist fine pattern forming apparatus includes a substrate moving device for moving a substrate on which a resist fine pattern is to be formed, a first ejection head for discharging a first ink from a front side in the moving direction of the substrate, and the and a light irradiator installed directly adjacent to the rear of the first ejection head, and a second ejection head installed on the rear side of the substrate in the moving direction to eject the second ink.
  • the first ink is formed of a photocurable resist ink and the second ink is formed of an ink for forming barrier ribs will be exemplified and described.
  • the first discharge head, the light irradiator, and the second discharge head are sequentially configured to be directly adjacent to each other.
  • the light irradiator as the photocurable resist ink ejected from the first ejection head and flying is hit on the substrate in a gelled state, it is perpendicular to the ink for forming a barrier rib ejected from the second ejection head and hit
  • the light energy intensity is set so that the photo-curable resist ink is prevented from spreading while forming a boundary, and the photo-curable resist ink is cured after both the photo-curable resist ink and the ink for forming a barrier rib are finished.
  • the barrier rib-forming ink is discharged from the second discharge head, whereby the photocurable resist ink As the barrier rib forming ink is hit before it is completely spread on the substrate, the photo-curable resist ink is prevented from spreading to reduce the area where the photo-curable resist ink is hit, and the width direction edge portion of the photo-curable resist ink.
  • the first discharge head and the second discharge head are formed to have a length sufficient to cover the entire width of the substrate, so that the pattern formation for the entire area of the substrate through a single printing process for the substrate is possible. configured to make it happen.
  • first discharge head and the second discharge head are formed to have the same length and are arranged in series in the front-rear direction of the path.
  • the first discharge head 100 includes a plurality of nozzles n1 arranged in a direction perpendicular to the path, and has a volume of 2 picoliters (pL) or less on the substrate. It is configured to discharge the photocurable resist ink droplet, and it may be configured to discharge the photocurable resist ink droplet of 0.6 picoliter (pL) or less according to the inkjet discharge atmosphere (helium gas atmosphere).
  • the second discharge head 200 includes a plurality of nozzles n2 arranged in a direction perpendicular to the path, and is configured to discharge ink droplets for partition wall formation of 2 picoliters (pL) or less to the substrate, It may be configured to discharge a photocurable resist ink drop of 0.6 picoliter (pL) or less depending on the inkjet discharge atmosphere (helium gas atmosphere).
  • the plurality of nozzles n1 of the first discharge head 100 and the plurality of nozzles n2 of the second discharge head 200 are cross-arranged based on the path, and specifically, the resolution pitch to be printed It is configured to be cross-arranged to have a difference by half of .
  • the outermost nozzle n2 of the second discharge head 200 is disposed inside the outermost nozzle n1 of the first discharge head 100 from which the photocurable resist ink is discharged, This is to prevent the photocurable resist ink from being discharged from the edge slope of the substrate so that the ink for forming barrier ribs discharged from the second discharge head 200 does not flow down to the outside of the substrate.
  • the area from which the photocurable resist ink is discharged may include a plurality of linear areas spaced apart from each other, and the area from which the barrier rib-forming ink is discharged may be formed as a linear area between areas from which the photocurable resist ink is discharged. .
  • the substrate moving apparatus is configured to linearly move the substrate along the Y1 Stage (upward in the drawing).
  • the first discharge head, the second discharge head, and the ink drop precision measurement camera including the light irradiator and the substrate height measurement device are installed on the Z Stage configured to be movable up and down and move together at the same time, and the Z Stage is the X Stage. It is configured to be able to move in a straight line.
  • the vertical movement of the Z stage and the movement of the Z stage in the X stage direction may be performed by a driving means such as a linear motor or a linear guide.
  • the first discharge head, the second discharge head, and the light irradiator are assembled on the Z stage and are simultaneously moved together by one driving means.
  • a Y2 stage is provided so as to be arranged in parallel with the Y1 stage, and the Y2 stage has an ink drop precision at which ink droplets are struck in order to measure the precision of the ink droplets discharged from the first and second discharge heads.
  • a measuring substrate is provided.
  • the Y2 stage is provided with a head maintenance device for repairing the first discharge head and the second discharge head.
  • the Y2 Stage is provided with an ink droplet sphere forming height measuring camera for measuring the spherical height of the ink droplets discharged from the first and second ejection heads.
  • the ink drop precision measuring board, the head maintenance device, and the ink drop sphere forming height measuring camera are all assembled into one, and linear movement is possible along the Y2 Stage.
  • NIR drying module (or pulsed UV curing module) can be installed on the rear side of Y1 Stage in order to quickly carry out the printing process of ink for multiple partition wall formation and speedy and convenient drying operation for the substrate moving along the Y1 Stage. have.
  • the NIR drying module may be installed in a box-shaped light blocking cover provided with a door on one side, and the NIR drying module is linearly movable along the Y3 Stage provided in the light blocking cover.
  • the above-described inkjet printing apparatus is installed in a closed space adjusted to a helium gas atmosphere, and the discharge of the photocurable resist ink by the first discharge head and the discharge of the ink for partition wall formation by the second discharge head by the helium It is preferable to proceed in a gas atmosphere.
  • the density of helium (0.1785 kg/m3) is only about 15% compared to the density of air (1.2 kg/m3), this is because the terminating speed of the ink droplet is improved.
  • the helium atmosphere is Due to the low molecular weight, it is possible to reduce air (gas) resistance to maintain sufficient ejection speed and flight distance even when smaller ink droplets of 0.6 picoliter (pL) or less are ejected.
  • the resist fine pattern forming apparatus is an apparatus to which a unidirectional printing method and a method of applying the same type of ink are applied, and the first discharge head is an ultraviolet curing photocurable resist.
  • the ink is discharged, and the second discharge head discharges an ultraviolet curing type barrier rib-forming ink that can be removed with water between the patterns of the photo-curable resist ink, and the light irradiator is configured to gel the two inks.
  • the first discharge head, the second discharge head, and the light irradiator are configured to be sequentially disposed adjacent to each other.
  • the light irradiator irradiates light toward the ink ejected from the first ejection head and the second ejection head to gel both the ink ejected from the first ejection head and the second ejection head.
  • the resist fine pattern forming apparatus is an apparatus to which a bidirectional printing method and a method of applying other types of inks are applied, the first discharge head, the first light irradiator, and the second The discharge head, the second light irradiator, and the third discharge head are sequentially arranged in series.
  • a photocurable resist ink of a UV curing method is discharged to the first discharge head and the third discharge head, and a solvent or water-based barrier rib-forming ink is discharged to the second discharge head, and the first light irradiator adjacent to the first discharge head is The light is irradiated to the ink discharged from the first discharge head, and a second light irradiator adjacent to the third discharge head irradiates light to the ink discharged from the third discharge head.
  • the first ejection head, the first light irradiator adjacent to the first ejection head, and the second ejection head operate, and reverse printing (the substrate moves downward in FIG. 7) movement), the third discharge head, the second light irradiator adjacent to the third discharge head, and the second discharge head are operated.
  • the resist fine pattern forming apparatus is an apparatus to which a bidirectional printing method and a method of applying the same type of ink are applied, the first light irradiator, the first discharge head, and the second The discharge head and the second light irradiator are configured to be sequentially arranged in series.
  • the first discharge head discharges the UV curing type photocurable resist ink
  • the second discharge head discharges the UV curing type barrier rib forming ink, which can be removed with water, between the patterns of the photocurable resist ink.
  • the first discharge head 100, the second discharge head, and the second light irradiator operate, and in reverse printing (the substrate moves in the downward direction in FIG. 8)
  • the second discharge head, the first discharge head, and the first light irradiator are operated.

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Abstract

본 발명은 광경화성 레지스트 잉크가 반경화되어 겔화된 상태로 기판 상에 타적됨과 함께 격벽 형성용 잉크와 수직인 경계를 이루도록 레지스트 미세패턴을 형성함에 따라 형성된 레지스트 미세패턴의 엣지 부분을 수직에 가깝게 형성하여 충분한 두께를 형성할 수 있어 좋은 식각 또는 도금 결과의 금속 패턴을 형성할 수 있도록 하는 레지스트 미세패턴 형성장치 및 형성방법에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명의 레지스트 미세패턴 형성방법은, 경로를 따라 잉크를 프린팅하는 잉크젯 프린팅을 이용하여 표면에너지가 동일한 기판 상에 레지스트 미세패턴을 형성하는 레지스트 미세패턴 형성방법으로서, 상기 경로의 전방측과 후방측에서 서로 이격되어 광경화성 레지스트 잉크와 격벽 형성용 잉크를 동시에 토출하면서 상기 토출된 광경화성 레지스트 잉크에 광에너지를 가하는 타적공정;을 포함하고, 상기 광에너지는, 상기 광경화성 레지스트 잉크가 반경화되어 겔화된 상태로 상기 기판 상에 타적됨에 따라 상기 기판에 타적된 격벽 형성용 잉크와 수직인 경계를 이룸과 함께 상기 광경화성 레지스트 잉크의 퍼짐이 방지되고, 상기 광경화성 레지스트 잉크와 격벽 형성용 잉크가 모두 타적 완료된 후 상기 광경화성 레지스트 잉크의 경화가 이루어지도록 광의 강도가 설정된다.

Description

레지스트 미세패턴 형성장치 및 형성방법
본 발명은 레지스트 미세패턴 형성장치 및 형성방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 광경화성 레지스트 잉크가 반경화되어 겔화된 상태로 기판 상에 타적됨과 함께 격벽 형성용 잉크와 수직인 경계를 이루도록 레지스트 미세패턴을 형성함에 따라 형성된 레지스트 미세패턴의 엣지 부분을 수직에 가깝게 형성하여 충분한 두께를 형성할 수 있어 좋은 식각 또는 도금 결과의 금속 패턴을 형성할 수 있도록 하는 레지스트 미세패턴 형성장치 및 형성방법에 관한 것이다.
잉크젯 기술을 이용한 에칭 레지스트 패턴을 인쇄하는 기술은 인쇄전자 기술 개발 초기인 2000년도 초에 적극 개발되어 80~ 50㎛ 선폭을 이용한 PCB 제조 기술이 개발되었다.
그러나, 잉크젯 인쇄를 이용하여 에칭 또는 도금 레지스트 패턴을 형성하는 기술은 많은 장점에도 불구하고 아직도 상용화 하지 못하고 있다.
이는, 현재 PCB 제조에 가장 많이 사용되고 있는 스크린 프린팅 기술 대비 장비 가격 및 공정 비용이 비싸고 생산성이 떨어지고 일반적으로 PCB에서 요구되는 높은 두께의 레지스트 패턴을 구현하기 어렵기 때문이다.
특히, 잉크젯 방식으로 인쇄된 에칭 또는 도금 레지스트 패턴의 폭방향 엣지 부분이 잉크의 퍼짐으로 인하여 잉크 방울 접촉각이 작아지게 되고, 이로 인하여 레지스트 패턴의 폭방향 엣지 부분이 완만하여 형성되어 식각공정 시 에칭 레지스트 패턴의 폭방향 엣지 부분이 하부의 식각방지부의 식각을 효과적으로 차단하지 못하게 되어 좋은 식각 결과의 금속 패턴을 얻을 수 없는 커다란 문제가 있다.
마찬가지로 도금 공정 시 레지스트 패턴의 폭방향 엣지 부분이 하부의 도금방지부의 역할을 효과적으로 못하게 되어 좋은 도금 결과의 금속 패턴을 얻을 수 없는 커다란 문제가 있다.
이를 해결하기 위하여, 기판의 표면 상태를 소수성으로 처리하여 특정 영역에만 잉크가 모이도록 하거나, 기판의 표면에 단차를 만들어서 잉크가 낮은 쪽에 모이도록 하는 방식으로 잉크의 위치를 제어하여 레지스트 패턴을 형성하는 잉크 방울의 접촉각을 높이려는 시도가 있었다.
그러나, 이러한 방식은 소수성/친수성을 갖도록 기판의 표면처리를 하는 공정이나 단차 처리하는 공정으로 인하여 높은 제조비용을 야기하는 단점이 있을 뿐만 아니라, 패턴의 단면 테두리 부분이 여전히 곡면 형상으로 형성되어 좋은 식각 결과의 금속 패턴을 얻을 수 없는 문제가 여전히 남아있다.
(선행기술:한국공개특허공보 제2008-0037306, 공개일자 2008.4.30.)
상기 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 광경화성 레지스트 잉크가 반경화되어 겔화된 상태로 기판 상에 타적됨과 함께 격벽 형성용 잉크와 수직인 경계를 이루도록 레지스트 미세패턴을 형성함에 따라 형성된 레지스트 미세패턴의 엣지 부분을 수직에 가깝게 형성하여 충분한 두께를 형성할 수 있어 좋은 식각 또는 도금 결과의 금속 패턴을 형성할 수 있도록 하는 레지스트 미세패턴 형성장치 및 형성방법을 제공함에 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 레지스트 미세패턴 형성방법은, 경로를 따라 잉크를 프린팅하는 잉크젯 프린팅을 이용하여 표면에너지가 동일한 기판 상에 레지스트 미세패턴을 형성하는 레지스트 미세패턴 형성방법으로서, 상기 경로의 전방측과 후방측에서 서로 이격되어 광경화성 레지스트 잉크와 격벽 형성용 잉크를 동시에 토출하면서 상기 토출된 광경화성 레지스트 잉크에 광에너지를 가하는 타적공정;을 포함하고, 상기 광에너지는, 상기 광경화성 레지스트 잉크가 반경화되어 겔화된 상태로 상기 기판 상에 타적됨에 따라 상기 기판에 타적된 격벽 형성용 잉크와 수직인 경계를 이룸과 함께 상기 광경화성 레지스트 잉크의 퍼짐이 방지되고, 상기 광경화성 레지스트 잉크와 격벽 형성용 잉크가 모두 타적 완료된 후 상기 광경화성 레지스트 잉크의 경화가 이루어지도록 광의 강도가 설정된다.
바람직하게, 상기 경로의 전방측에서 상기 광경화성 레지스트 잉크와 상기 격벽 형성용 잉크 중 어느 하나의 잉크를 토출하고, 상기 경로의 후방측에서 나머지 하나의 잉크를 토출할 수 있다.
바람직하게, 상기 타적공정 이후에, 상기 광경화성 레지스트 잉크를 추가로 경화시키는 경화공정;을 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 타적공정을 적어도 2회 이상 반복 실시하여 레지스트 미세패턴의 두께를 후막화할 수 있다.
바람직하게, 상기 광경화성 레지스트 잉크는 상기 경로의 수직한 방향으로 배열된 제1 토출헤드의 복수의 노즐을 통해 토출되고, 상기 격벽 형성용 잉크는 상기 경로의 수직한 방향으로 배열된 제2 토출헤드의 복수의 노즐을 통해 토출되며, 상기 제1 토출헤드의 복수의 노즐과 상기 제2 토출헤드의 복수의 노즐은 상기 경로를 기준으로 교차 배열될 수 있다.
바람직하게, 상기 제1 토출헤드의 최외곽측 노즐의 내측에 상기 제2 토출헤드의 최외곽측 노즐이 위치하도록 교차 배열될 수 있다.
바람직하게, 상기 제1 토출헤드와 상기 제2 토출헤드는, 상기 기판의 전체 폭을 커버할 수 있는 폭으로 형성됨과 함께 서로 동일한 폭으로 형성되고, 상기 경로의 전후방향으로 직렬 배치될 수 있다.
바람직하게, 상기 격벽 형성용 잉크는 물로 세척하여 제거가 가능할 수 있다.
바람직하게, 상기 타적공정 이후에, 상기 격벽 형성용 잉크를 물로 세척하여 제거하는 클리닝 공정; 및 상기 클리닝 공정 이후 남아있는 광경화성 레지스트 잉크로 형성된 레지스트를 제외한 기판의 영역을 식각하는 식각 공정;을 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 타적공정 이후에, 상기 격벽 형성용 잉크를 물로 세척하여 제거하는 클리닝 공정; 상기 클리닝 공정 이후 남아있는 광경화성 레지스트 잉크로 형성된 레지스트에 친수성 처리를 수행하는 친수처리 공정; 및 상기 레지스트를 제외한 기판의 영역에 도금 패턴을 형성하는 도금 공정;을 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 레지스트 미세패턴 형성장치는, 경로를 따라 잉크를 프린팅하는 잉크젯 프린팅을 이용하여 표면에너지가 동일한 기판 상에 레지스트 미세패턴을 형성하는 레지스트 미세패턴 형성장치로서, 상기 경로의 전방측에서 제1 잉크를 토출하는 제1 토출헤드; 상기 경로의 후방측에서 상기 제1 토출헤드와 동시에 제2 잉크를 토출하는 제2 토출헤드; 및 상기 제1 토출헤드와 제2 토출헤드 중 적어도 어느 하나에서 토출된 잉크에 광에너지를 가하는 광조사기;를 포함하며, 상기 제1 잉크는 광경화성 레지스트 잉크와 격벽 형성용 잉크 중 어느 하나의 잉크이고, 상기 제2 잉크는 나머지 하나의 잉크이며, 상기 광조사기는, 상기 광경화성 레지스트 잉크가 반경화되어 겔화된 상태로 상기 기판 상에 타적됨에 따라 상기 기판에 타적된 격벽 형성용 잉크와 수직인 경계를 이룸과 함께 상기 광경화성 레지스트 잉크의 퍼짐이 방지되고, 상기 광경화성 레지스트 잉크와 격벽 형성용 잉크가 모두 타적 완료된 후 상기 광경화성 레지스트 잉크의 경화가 이루어지도록 광의 강도가 설정된다.
바람직하게, 상기 광경화성 레지스트 잉크는 상기 경로의 수직한 방향으로 배열된 제1 토출헤드의 복수의 노즐을 통해 토출되고, 상기 격벽 형성용 잉크는 상기 경로의 수직한 방향으로 배열된 제2 토출헤드의 복수의 노즐을 통해 토출되며, 상기 제1 토출헤드의 복수의 노즐과 상기 제2 토출헤드의 복수의 노즐은 상기 경로를 기준으로 교차 배열될 수 있다.
바람직하게, 상기 제1 토출헤드의 최외곽측 노즐의 내측에 상기 제2 토출헤드의 최외곽측 노즐이 위치하도록 교차 배열될 수 있다.
바람직하게, 상기 제1 토출헤드와 상기 제2 토출헤드는, 상기 기판의 전체 폭을 커버할 수 있는 폭으로 형성됨과 함께 서로 동일한 폭으로 형성되고, 상기 경로의 전후방향으로 직렬 배치될 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명은, 광경화성 레지스트 잉크가 반경화되어 겔화된 상태로 기판 상에 타적됨과 함께 격벽 형성용 잉크와 수직인 경계를 이루도록 레지스트 미세패턴을 형성함에 따라 형성된 레지스트 미세패턴의 엣지 부분을 수직에 가깝게 형성하여 충분한 두께를 형성할 수 있어 좋은 식각 결과 또는 도금 결과의 금속 패턴을 형성할 수 있는 이점이 있다. 또한 격벽 형성의 부수적인 효과로 더 균일하게 선 직진성이 만들어져서 에칭 또는 도금 결과 직선의 패턴이 균일하게 형성되어 고주파 회로 특히 5G 밀리미터파 통신에 더 작은 손실을 구현할 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 효과는 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레지스트 미세패턴 형성방법의 타적공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 레지스트 미세패턴 형성방법의 순서를 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 레지스트 미세패턴 형성방법의 순서를 도시한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 또다른 일실시예에 따른 레지스트 미세패턴 형성방법의 순서를 도시한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 레지스트 미세패턴 형성장치를 도시한 개략도이다.
도 6은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 레지스트 미세패턴 형성장치를 도시한 개략도이다.
도 7은 본 발명의 또다른 일실시예에 따른 레지스트 미세패턴 형성장치를 도시한 개략도이다.
도 8은 본 발명의 또다른 일실시예에 따른 레지스트 미세패턴 형성장치를 도시한 개략도이다.
본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안된다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
및/또는 이라는 용어는 복수 항목들의 조합 또는 복수 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 ‘연결되어’있다거나 ‘접속되어’있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 ‘직접 연결되어’있다거나 ‘직접 접속되어’있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, ‘포함하다’또는 ‘구비하다’, ‘가지다’등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 일실시예에 따른 레지스트 미세패턴 형성방법은, 미세패턴을 형성하고자 하는 기판의 잉크젯 인쇄 경로를 따라 잉크젯 프린팅을 이용하여 미세패턴을 형성하도록 이루어지며, 구체적으로, 경로를 따라 잉크를 프린팅하는 잉크젯 프린팅을 이용하여 표면에너지가 동일한 기판 상에 레지스트 미세패턴을 형성하도록 이루어진다.
본 발명의 일실시예에 따른 레지스트 미세패턴 형성방법은 타적공정을 포함하여 구성되며, 상기 타적공정은, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 경로의 전방측과 후방측에서 서로 이격되어 광경화성 레지스트 잉크와 격벽 형성용 잉크를 동시에 토출하면서 상기 토출된 광경화성 레지스트 잉크에 광에너지를 가하는 공정이다.
상기 광경화성 레지스트 잉크는 광에 의해 경화가 이루어지는 잉크로 이루어지고, 상기 격벽 형성용 잉크는 물로 세척하여 제거가 가능한 잉크로 이루어지는 것이 바람직하다.
구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 타적공정은 인쇄 경로의 전방측에서 제1 토출헤드(100)를 통해 광경화성 레지스트 잉크를 토출함과, 상기 인쇄 경로의 후방측에서 제2 토출헤드(200)를 통해 격벽 형성용 잉크를 토출함과, 상기 토출된 광경화성 레지스트 잉크에 광조사기(300)를 통해 광에너지를 가함이 모두 동시에 이루어지는 공정이다.
이때, 상기 제1 토출헤드(100)의 복수의 노즐(n1)과 상기 제2 토출헤드(200)의 복수의 노즐(n2)은 상기 경로를 기준으로 교차 배열되며, 구체적으로, 인쇄하려는 해상도 Pitch의 반만큼 차이를 가지도록 교차 배열되도록 구성된다.
특히, 상기 타적공정에서, 상기 광에너지는 상기 광경화성 레지스트 잉크가 반경화되어 겔화된 상태로 상기 기판 상에 타적됨에 따라 상기 기판에 타적된 격벽 형성용 잉크와 수직인 경계를 이룸과 함께 상기 광경화성 레지스트 잉크의 퍼짐이 방지되고, 상기 광경화성 레지스트 잉크와 격벽 형성용 잉크가 모두 타적 완료된 후 상기 광경화성 레지스트 잉크의 경화가 이루어지도록 광의 강도가 설정된다.
또한, 상기 광경화성 레지스트 잉크가 상기 기판 상에서 타적되어 완전하게 퍼지기 전에 격벽 형성용 잉크가 타적됨에 따라 상기 광경화성 레지스트 잉크의 퍼짐을 방지하여 상기 광경화성 레지스트 잉크가 타적된 영역을 줄이는 효과가 발생한다.
즉, 상기 토출된 광경화성 레지스트 잉크에 가해지는 광에너지가 상기와 같이 설정됨에 따라, 완전히 경화되지 않고 반경화되어 겔화된 상태의 광경화성 레지스트 잉크가 타적되어 상기 기판 상에서 퍼저나가기 전에 상기 격벽 형성용 잉크가 상기 광경화성 레지스트 잉크의 사이로 타적되어 상기 광경화성 레지스트 잉크가 완전하게 퍼지는 것을 방지함에 따라 두 잉크의 경계가 수직으로 형성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 광경화성 레지스트 잉크가 기판 상에서 완전하게 퍼지기 전에 상기 광경화성 레지스트 잉크의 사이로 격벽 형성용 잉크를 타적함에 따라 상기 겔화된 광경화성 레지스트 잉크와 상기 격벽 형성용 잉크의 경계 부분은 수직인 형태로 그 경계가 형성되어(도 2의 (a) 참조), 상기 겔화된 광경화성 레지스트 잉크의 폭 방향 양측의 두께가 두껍게 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 광경화성 레지스트 잉크만 토출하여 레지스트 미세패턴을 형성하게 되면, 상기 광경화성 레지스트 잉크가 기판에 타적된 후 점차 퍼지게 되어 상기 광경화성 레지스트 잉크에 의해 형성된 패턴의 폭 방향 양측의 두께는 점점 얇아지게 되어 식각에 취약한 형태가 된다.
이에 반하여, 본원발명의 방식으로 레지스트 미세패턴을 형성하게 되면, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 광경화성 레지스트 잉크에 의해 형성된 패턴의 폭 방향 양측이 거의 수직이 가깝도록 두껍게 형성됨에 따라 식각을 효과적으로 방지할 수 있는 두께로 형성된다.
또한, 상기 타적된 겔화된 상태의 광경화성 레지스트 잉크가 완전하게 퍼지는 것이 방지됨에 따라 레지시트 미세패턴의 폭 자체를 더욱 미세화할 수 있는 장점도 있다.
한편, 상기에서는 인쇄 경로의 전방측에서 제1 토출헤드(100)를 통해 광경화성 레지스트 잉크를 토출하고, 상기 인쇄 경로의 후방측에서 제2 토출헤드(200)를 통해 격벽 형성용 잉크를 토출하는 것을 예시적으로 설명하였지만, 인쇄 경로의 전방측에서 제1 토출헤드(100)를 통해 격벽 형성용 잉크를 토출하고, 상기 인쇄 경로의 후방측에서 제2 토출헤드(200)를 통해 광경화성 레지스트 잉크를 토출하는 방식도 배제하지 않는다.
즉, 상기 경로의 전방측에서 상기 광경화성 레지스트 잉크와 상기 격벽 형성용 잉크 중 어느 하나의 잉크를 토출하고, 상기 경로의 후방측에서 나머지 하나의 잉크를 토출하도록 구성될 수 있는 것이다.
상술한 바와 같이, 상기 경로의 전방측과 후방측에서 서로 이격되어 광경화성 레지스트 잉크와 격벽 형성용 잉크를 동시에 토출하면서 상기 토출된 광경화성 레지스트 잉크에 광에너지를 가하는 도 2의 (a)에 해당하는 타적공정을 수행한 이후에, 도 2의 (b), (c), (d), (e) 공정을 순차적으로 수행할 수 있다.
구체적으로, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 타적공정 이후에, 상기 광경화성 레지스트 잉크를 추가로 경화시키는 경화공정이 수행될 수 있다.
여기서, 상기 광경화성 레지스트 잉크의 추가적인 경화는 별도의 광 경화기(UV 경화 장치)를 통해 이루어질 수 있으며, 이때, 상기 격벽 형성용 잉크는 상기 광 경화기(UV 경화 장치)에 의해 영향을 받지 않아 추가적인 경화는 이루어지지 않게 된다.
상술한 경화공정을 통해 상기 광경화성 레지스트 잉크의 추가적인 경화를 통해 더욱 견고한 레지스트 미세패턴을 형성할 수 있게 된다.
한편, 상기 경화공정 이전 또는 이후에 상기 타적공정을 적어도 2회 이상 반복 실시하여 레지스트 미세패턴의 두께를 후막화할 수도 있음은 물론이다.
즉, 상기 타적공정을 적어도 2회 반복 실시한 후 경화공정을 수행하거나, 상기 타적공정 및 경화공정을 1세트로 하여 2세트 이상 수행할 수 있는 것이다.
이러한 과정을 통해 레지스트 미세패턴의 두께를 원하는 두께로 형성할 수 있다.
상기 경화공정 이후에, 상기 격벽 형성용 잉크를 물로 세척하여 제거하는 클리닝 공정 및 상기 클리닝 공정 이후 남아있는 광경화성 레지스트 잉크로 형성된 레지스트를 제외한 기판의 영역을 식각하는 식각 공정이 수행된다.
구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, (a) 타적공정, (b) 경화공정을 진행한 이후에, (c) 클리닝 공정, (d) 식각 공정을 순차적으로 수행할 수 있으며, 이러한 공정 후 레지스트 미세패턴을 제거하면, 도 2의 (e)에 도시된 바와 같이 기판에 미세패턴이 형성될 수 있다.
식각 공정 후 원하는 전도성 패턴을 형성 후 레지스트 미세 패턴은 스트립(Strip)공정으로 제거할 수 있다. 일반적인 스트립핑 솔루션은 식각 또는 도금 패턴에 영향을 주지 않는 알칼리 계열의 액으로 스트립핑 결과에 따라서 Film 형태로 또는 알칼리 계열 솔루션에 녹는 형태로 제거된다. 스트립핑 액의 성분은 레지스트 성분에 따라서 달라진다. 제거 후 기판은 클리닝 공정을 수행하여 스트립핑 액을 제거하고 건조를 수행한다. 스트립핑 그리고 클리닝 성능을 향상시키기 위하여 초음파를 같이 적용해 줄 수 있다.
한편, 다른 실시예로서, 상기 경화공정 이후에, 상기 격벽 형성용 잉크를 물로 세척하여 제거하는 클리닝 공정, 상기 클리닝 공정 이후 남아있는 광경화성 레지스트 잉크로 형성된 레지스트에 친수성 처리를 수행하는 친수처리 공정 및 상기 레지스트를 제외한 기판의 영역에 도금 패턴을 형성하는 도금 공정을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, (a) 타적공정, (b) 경화공정을 진행한 이후에, (c) 클리닝 공정, (d) 친수처리 공정, (e) 도금 공정을 순차적으로 수행할 수 있으며, 이러한 공정 후 레지스트 미세패턴을 제거하면, 도 2의 (f)에 도시된 바와 같이 기판에 미세패턴이 형성될 수 있다.
한편, 상술한 바와 같은 타적공정, 경화공정, 클리닝 공정, 친수처리 공정, 도금 공정을 적용하여, 도 4에 도시된 바와 같은 다층 PCB 기판의 패턴을 형성하는 것도 가능하다.
구체적으로, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 형성된 다층 PCB 기판의 상하면 상에, 타적공정, 경화공정, 클리닝 공정을 수행하여 도 4의 (b)와 같이 처리하고, 그 이후에 친수처리 공정, 도금 공정을 수행하여 도 4의 (c)와 같이 처리하며, 레지스트 미세패턴을 제거하여 도 4의 (d)와 같이 처리한 후, 플래시 에칭(flash etching)을 수행하여 도 4의 (e)와 같이 처리할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 일실시예에 따른 레지스트 미세패턴 형성방법을 수행하기 위한 레지스트 미세패턴 형성장치가 개시된다.
본 발명의 일실시예에 따른 레지스트 미세패턴 형성장치는, 경로를 따라 잉크를 프린팅하는 잉크젯 프린팅을 이용하여 표면에너지가 동일한 기판 상에 레지스트 미세패턴을 형성하는 레지스트 미세패턴 형성장치이다.
상기 레지스트 미세패턴 형성장치는, 도 1 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 경로의 전방측에서 제1 잉크를 토출하는 제1 토출헤드(100), 상기 경로의 후방측에서 상기 제1 토출헤드(100)와 동시에 제2 잉크를 토출하는 제2 토출헤드(200) 및 상기 제1 토출헤드(100)와 제2 토출헤드(200) 중 적어도 어느 하나에서 토출된 잉크에 광에너지를 가하는 광조사기(300)를 포함하여 구성된다.
상기 제1 잉크는 광경화성 레지스트 잉크와 격벽 형성용 잉크 중 어느 하나의 잉크이고, 상기 제2 잉크는 나머지 하나의 잉크로 이루어진다.
즉, 제1 잉크가 광경화성 레지스트 잉크이면, 제2 잉크는 격벽 형성용 잉크로 구성되고, 제1 잉크가 격벽 형성용 잉크이면, 제2 잉크는 광경화성 레지스트 잉크로 구성되는 것이다.
상기 광조사기(300)는, 상기 광경화성 레지스트 잉크가 반경화되어 겔화된 상태로 상기 기판 상에 타적됨에 따라 상기 기판에 타적된 격벽 형성용 잉크와 수직인 경계를 이룸과 함께 상기 광경화성 레지스트 잉크의 퍼짐이 방지되고, 상기 광경화성 레지스트 잉크와 격벽 형성용 잉크가 모두 타적 완료된 후 상기 광경화성 레지스트 잉크의 경화가 이루어지도록 광의 강도가 설정된다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 레지스트 미세패턴 형성장치를 도시한 개략도로서, 이하에서 4가지 형태의 레지스트 미세패턴 형성장치에 대해 각각 설명하도록 한다.
4가지 형태의 레지스트 미세패턴 형성장치는, 단방향 또는 양방향의 인쇄방식, 제1 잉크와 제2 잉크를 형태가 같은 잉크를 적용하느냐 다른 형태의 잉크를 적용하느냐에 따라서 헤드 배치 및 광조사기의 위치 및 숫자가 달라지게 된다.
먼저, 도 5에 도시된 제1 실시예에 따른 레지스트 미세패턴 형성장치는, 단방향 인쇄 방식 및 다른 형태의 잉크를 적용하는 방식이 적용된 장치이며, 제1 토출헤드는 자외선 경화 방식의 광경화성 레지스트 잉크를 토출하며, 토출 후 비행하는 광경화성 레지스트 잉크는 광조사기에 의하여 바로 겔화되며 광경화성 레지스트 잉크의 패턴 사이로 제2 토출헤드의 솔벤트 또는 수성의 격벽 형성용 잉크가 토출되어 임시 격벽을 형성해 준다.
구체적으로, 상기 제1 실시예에 따른 레지스트 미세패턴 형성장치는, 프린팅 경로를 따라 잉크를 젯팅하는 잉크젯 프린팅 방법을 이용하여 표면에너지가 동일한 기판 상에 레지스트 미세패턴을 형성하는 장치로서, 주요 구성요소인 제1 토출헤드, 제2 토출헤드 및 광조사기를 포함하여 구성된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 레지스트 미세패턴 형성장치는 레지스트 미세패턴을 형성하고자 하는 기판을 이동시키는 기판 이동 장치, 상기 기판의 이동방향 전방측에서 제1 잉크를 토출하는 제1 토출헤드, 상기 제1 토출헤드의 후방에 바로 인접하여 설치되는 광조사기, 상기 기판의 이동방향 후방측에 설치되어 제2 잉크를 토출하는 제2 토출헤드를 포함하여 구성된다.
본 실시예에서 상기 제1 잉크는 광경화성 레지스트 잉크로 이루어지고, 상기 제2 잉크는 격벽 형성용 잉크로 이루어진 경우에 대해 예시하여 설명하도록 한다.
상기 제1 토출헤드, 상기 광조사기 및 상기 제2 토출헤드는 순차적으로 바로 인접하여 배치되도록 구성된다.
특히, 상기 광조사기는, 상기 제1 토출헤드에서 토출되어 비행하는 광경화성 레지스트 잉크가 겔화된 상태로 상기 기판 상에 타적됨에 따라 상기 제2 토출헤드에서 토출되어 타적된 격벽 형성용 잉크와 수직인 경계를 이룸과 함께 상기 광경화성 레지스트 잉크의 퍼짐이 방지되고, 상기 광경화성 레지스트 잉크와 격벽 형성용 잉크가 모두 타적 완료된 후 상기 광경화성 레지스트 잉크의 경화가 이루어지도록 광에너지 강도가 설정된다.
구체적으로, 상기 제1 토출헤드에서 토출된 광경화성 레지스트 잉크가 상기 기판 상에 타적되어 완전하게 경화되기 이전에, 상기 제2 토출헤드에서 격벽 형성용 잉크가 토출되며, 이로 인하여 상기 광경화성 레지스트 잉크가 상기 기판 상에서 타적되어 완전하기 퍼지기 전에 격벽 형성용 잉크가 타적됨에 따라 상기 광경화성 레지스트 잉크의 퍼짐을 방지하여 상기 광경화성 레지스트 잉크가 타적된 영역을 줄이고, 상기 광경화성 레지스트 잉크의 폭 방향 엣지 부분을 수직하게 형성하는 효과가 발생한다.
한편, 상기 제1 토출헤드와 상기 제2 토출헤드는, 상기 기판의 전체 폭을 커버할 수 있는 충분한 길이로 형성되어 상기 기판에 대한 한번의 인쇄 과정을 통해 상기 기판의 전체 영역에 대한 패턴형성이 이루어질 수 있도록 구성된다.
한편, 상기 제1 토출헤드와 상기 제2 토출헤드는 서로 동일한 길이로 형성되며, 상기 경로의 전후방향으로 직렬 배치된다.
구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제1 토출헤드(100)는 상기 경로의 수직한 방향으로 배열된 복수의 노즐(n1)을 구비하고, 상기 기판에 2 피코리터(pL) 이하의 광경화성 레지스트 잉크 방울을 토출하도록 구성되며, 잉크젯 토출 분위기(헬륨가스 분위기)에 따라 0.6 피코리터(pL) 이하의 광경화성 레지스트 잉크 방울을 토출하도록 구성될 수도 있다. 상기 제2 토출헤드(200)는 상기 경로의 수직한 방향으로 배열된 복수의 노즐(n2)을 구비하고, 상기 기판에 2 피코리터(pL) 이하의 격벽 형성용 잉크 방울을 토출하도록 구성되며, 잉크젯 토출 분위기(헬륨가스 분위기)에 따라 0.6 피코리터(pL) 이하의 광경화성 레지스트 잉크 방울을 토출하도록 구성될 수도 있다. 이때, 상기 제1 토출헤드(100)의 복수의 노즐(n1)과 상기 제2 토출헤드(200)의 복수의 노즐(n2)은 상기 경로를 기준으로 교차 배열되며, 구체적으로, 인쇄하려는 해상도 Pitch의 반만큼 차이를 가지도록 교차 배열되도록 구성된다. 여기서, 광경화성 레지스트 잉크가 토출되는 상기 제1 토출헤드(100)의 최외곽측 노즐(n1)의 내측에 상기 제2 토출헤드(200)의 최외곽측 노즐(n2)이 위치하도록 배치되며, 이는, 기판의 테두리 사면에 광경화성 레지스트 잉크가 토출되도록 하여 제2 토출헤드(200)에서 토출된 격벽 형성용 잉크가 기판의 외부로 흘러내리지 않도록 하기 위함이다.
한편, 상기 광경화성 레지스트 잉크가 토출되는 영역은 서로 이격된 복수의 선형 영역으로 이루어지고, 상기 격벽 형성용 잉크가 토출되는 영역은 상기 광경화성 레지스트 잉크가 토출되는 영역의 사이 선형 영역으로 이루어질 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 기판 이동 장치는 Y1 Stage를 따라 기판을 직선이동(도면의 상방)시키도록 구성된다.
상기 제1 토출헤드, 제2 토출헤드 및 광조사기를 비롯한 잉크방울 정밀도 측정 카메라, 기판 높이 측정 장치는 상하로 이동이 가능하게 구성된 Z Stage에 설치되어 동시에 함께 이동하며, 상기 Z Stage는 X Stage를 따라 직선이동이 가능하도록 구성된다.
상기 Z Stage의 상하이동, Z Stage의 X Stage 방향이동은 리니어모터, 리니어가이드 등의 구동수단에 의해 이루어질 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 제1 토출헤드, 제2 토출헤드 및 광조사기는 Z Stage에 조립되어 하나의 구동수단에 의해 동시에 함께 이동된다.
한편, 상기 Y1 Stage에 이웃하여 병렬로 배치되도록 Y2 Stage가 구비되며, 상기 Y2 Stage에는 상기 제1 토출헤드 및 제2 토출헤드에서 토출되는 잉크 방울의 정밀도를 측정하기 위해 잉크 방울이 탄착되는 잉크 방울 정밀도 측정 기판이 구비된다.
또한, 상기 Y2 Stage에는 상기 제1 토출헤드 및 제2 토출헤드를 보수하기 위한 헤드 유지 보수 장치가 구비된다.
또한, 상기 Y2 Stage에는 상기 제1 토출헤드 및 제2 토출헤드에서 토출되는 잉크 방울의 구 형성 높이를 측정하기 위한 잉크 방울 구 형성 높이 측정 카메라가 구비된다.
상기 잉크 방울 정밀도 측정 기판, 헤드 유지 보수 장치, 잉크 방울 구 형성 높이 측정 카메라는 모두 하나로 일체 조립되어 Y2 Stage를 따라 직선이동이 가능하다.
Y1 Stage를 따라 이동하는 기판에 대한 건조 작업의 신속성 그리고 편리성 및 여러 번의 격벽 형성용 잉크의 인쇄 공정을 신속하게 수행하기 위하여 NIR 건조 모듈(또는 pulsed UV 경화 모듈)을 Y1 Stage 후방측에 설치할 수도 있다.
상기 NIR 건조 모듈은 일측에 도어가 구비된 박스 형태의 빛 차단 커버 내에 설치될 수 있으며, 상기 NIR 건조 모듈은 상기 빛 차단 커버 내에 구비된 Y3 Stage를 따라 직선이동이 가능하다.
한편, 상술한 잉크젯 프린팅 장치는 헬륨가스 분위기로 조정된 밀폐된 공간에 설치되며, 상기 제1 토출헤드에 의한 광경화성 레지스트 잉크의 토출과 상기 제2 토출헤드에 의한 격벽 형성용 잉크의 토출이 헬륨가스 분위기에서 진행되는 것이 바람직하다.
이는, 상기 제1 토출헤드에 의해 광경화성 레지스트 잉크가 더 작은 크기의 잉크 방울로 잉크젯 토출되게 하고 및 상기 제2 토출헤드에 의해 격벽 형성용 잉크가 더 작은 크기의 잉크 방울로 잉크젯 토출되게 하기 위함이다.
구체적으로, 헬륨의 밀도(0.1785 kg/m3)가 공기의 밀도(1.2 kg/m3) 대비 15% 정도밖에 되지 않기 때문에 이에 따른 잉크 방울의 종단 속도가 향상되기 때문이며, 구체적으로, 헬륨 분위기는 헬륨의 낮은 분자량 때문에 0.6 피코리터(pL) 이하의 더 작은 잉크 방울이 분사되어도 충분한 토출 속도와 비행 거리를 유지할 수 있게 공기(기체) 저항을 줄여 줄 수 있다.
다음으로, 도 6에 도시된 제2 실시예에 따른 레지스트 미세패턴 형성장치는, 단방향 인쇄 방식 및 같은 형태의 잉크를 적용하는 방식이 적용된 장치이며, 제1 토출헤드는 자외선 경화 방식의 광경화성 레지스트 잉크를 토출하며, 제2 토출헤드는 상기 광경화성 레지스트 잉크의 패턴 사이로 물로 제거가 가능한 자외선 경화 방식의 격벽 형성용 잉크를 토출하며, 상기 광조사기는 상기 두 가지 잉크를 모도 겔화하도록 구성된다.
구체적으로, 상기 제1 토출헤드, 제2 토출헤드 및 광조사기가 순차적으로 바로 인접하여 배치되도록 구성된다.
상기 광조사기는 상기 제1 토출헤드와 제2 토출헤드에서 토출되는 잉크를 모두 겔화할 수 있도록 상기 제1 토출헤드와 제2 토출헤드에서 토출되는 잉크를 향하여 광을 조사하게 된다.
다음으로, 도 7에 도시된 제3 실시예에 따른 레지스트 미세패턴 형성장치는, 양방향 인쇄 방식 및 다른 형태의 잉크를 적용하는 방식이 적용된 장치이며, 제1 토출헤드, 제1 광조사기, 제2 토출헤드, 제2 광조사기, 제3 토출헤드가 순차적으로 직렬 배치되도록 구성된다.
제1 토출헤드와 제3 토출헤드에는 자외선 경화 방식의 광경화성 레지스트 잉크를 토출하고, 제2 토출헤드에는 솔벤트 또는 수성의 격벽 형성용 잉크가 토출되며, 제1 토출헤드와 인접한 제1 광조사기는 제1 토출헤드에서 토출되는 잉크에 광을 조사하고, 제3 토출헤드와 인접한 제2 광조사기는 제3 토출헤드에서 토출되는 잉크에 광을 조사한다.
순방향 인쇄(기판이 도 7의 상방향으로 이동)에서는 제1 토출헤드, 제1 토출헤드에 인접한 제1 광조사기, 제2 토출헤드가 작동하게 되고, 역방향 인쇄(기판이 도 7의 하방향으로 이동)에서는 제3 토출헤드, 제3 토출헤드에 인접한 제2 광조사기, 제2 토출헤드가 작동하게 된다.
다음으로, 도 8에 도시된 제4 실시예에 따른 레지스트 미세패턴 형성장치는, 양방향 인쇄 방식 및 같은 형태의 잉크를 적용하는 방식이 적용된 장치이며, 제1 광조사기, 제1 토출헤드, 제2 토출헤드, 제2 광조사기가 순차적으로 직렬 배치되도록 구성된다.
제1 토출헤드는 자외선 경화 방식의 광경화성 레지스트 잉크를 토출하며, 제2 토출헤드는 상기 광경화성 레지스트 잉크의 패턴 사이로 물로 제거가 가능한 자외선 경화 방식의 격벽 형성용 잉크를 토출한다.
순방향 인쇄(기판이 도 8의 상방향으로 이동)에서는 제1 토출헤드(100), 제2 토출헤드, 제2 광조사기가 작동하게 되고, 역방향 인쇄(기판이 도 8의 하방향으로 이동)에서는 제2 토출헤드, 제1 토출헤드, 제1 광조사기가 작동하게 된다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양하고 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석돼야 한다.

Claims (14)

  1. 경로를 따라 잉크를 프린팅하는 잉크젯 프린팅을 이용하여 표면에너지가 동일한 기판 상에 레지스트 미세패턴을 형성하는 레지스트 미세패턴 형성방법으로서,
    상기 경로의 전방측과 후방측에서 서로 이격되어 광경화성 레지스트 잉크와 격벽 형성용 잉크를 동시에 토출하면서 상기 토출된 광경화성 레지스트 잉크에 광에너지를 가하는 타적공정;을 포함하고,
    상기 광에너지는, 상기 광경화성 레지스트 잉크가 반경화되어 겔화된 상태로 상기 기판 상에 타적됨에 따라 상기 기판에 타적된 격벽 형성용 잉크와 수직인 경계를 이룸과 함께 상기 광경화성 레지스트 잉크의 퍼짐이 방지되고, 상기 광경화성 레지스트 잉크와 격벽 형성용 잉크가 모두 타적 완료된 후 상기 광경화성 레지스트 잉크의 경화가 이루어지도록 광의 강도가 설정된 것을 특징으로 하는 레지스트 미세패턴 형성방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 경로의 전방측에서 상기 광경화성 레지스트 잉크와 상기 격벽 형성용 잉크 중 어느 하나의 잉크를 토출하고, 상기 경로의 후방측에서 나머지 하나의 잉크를 토출하는 것을 특징으로 하는 레지스트 미세패턴 형성방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 타적공정 이후에,
    상기 광경화성 레지스트 잉크를 추가로 경화시키는 경화공정;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레지스트 미세패턴 형성방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 타적공정을 적어도 2회 이상 반복 실시하여 레지스트 미세패턴의 두께를 후막화하는 것을 특징으로 하는 레지스트 미세패턴 형성방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광경화성 레지스트 잉크는 상기 경로의 수직한 방향으로 배열된 제1 토출헤드의 복수의 노즐을 통해 토출되고,
    상기 격벽 형성용 잉크는 상기 경로의 수직한 방향으로 배열된 제2 토출헤드의 복수의 노즐을 통해 토출되며,
    상기 제1 토출헤드의 복수의 노즐과 상기 제2 토출헤드의 복수의 노즐은 상기 경로를 기준으로 교차 배열된 것을 특징으로 하는 레지스트 미세패턴 형성방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 토출헤드의 최외곽측 노즐의 내측에 상기 제2 토출헤드의 최외곽측 노즐이 위치하도록 교차 배열되는 것을 특징으로 하는 레지스트 미세패턴 형성방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1 토출헤드와 상기 제2 토출헤드는,
    상기 기판의 전체 폭을 커버할 수 있는 폭으로 형성됨과 함께 서로 동일한 폭으로 형성되고, 상기 경로의 전후방향으로 직렬 배치된 것을 특징으로 하는 레지스트 미세패턴 형성방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 격벽 형성용 잉크는 물로 세척하여 제거가 가능한 것을 특징으로 하는 레지스트 미세패턴 형성방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 타적공정 이후에,
    상기 격벽 형성용 잉크를 물로 세척하여 제거하는 클리닝 공정; 및
    상기 클리닝 공정 이후 남아있는 광경화성 레지스트 잉크로 형성된 레지스트를 제외한 기판의 영역을 식각하는 식각 공정;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레지스트 미세패턴 형성방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 타적공정 이후에,
    상기 격벽 형성용 잉크를 물로 세척하여 제거하는 클리닝 공정;
    상기 클리닝 공정 이후 남아있는 광경화성 레지스트 잉크로 형성된 레지스트에 친수성 처리를 수행하는 친수처리 공정; 및
    상기 레지스트를 제외한 기판의 영역에 도금 패턴을 형성하는 도금 공정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 레지스트 미세패턴 형성방법.
  11. 경로를 따라 잉크를 프린팅하는 잉크젯 프린팅을 이용하여 표면에너지가 동일한 기판 상에 레지스트 미세패턴을 형성하는 레지스트 미세패턴 형성장치로서,
    상기 경로의 전방측에서 제1 잉크를 토출하는 제1 토출헤드; 상기 경로의 후방측에서 상기 제1 토출헤드와 동시에 제2 잉크를 토출하는 제2 토출헤드; 및 상기 제1 토출헤드와 제2 토출헤드 중 적어도 어느 하나에서 토출된 잉크에 광에너지를 가하는 광조사기;를 포함하며,
    상기 제1 잉크는 광경화성 레지스트 잉크와 격벽 형성용 잉크 중 어느 하나의 잉크이고, 상기 제2 잉크는 나머지 하나의 잉크이며,
    상기 광조사기는, 상기 광경화성 레지스트 잉크가 반경화되어 겔화된 상태로 상기 기판 상에 타적됨에 따라 상기 기판에 타적된 격벽 형성용 잉크와 수직인 경계를 이룸과 함께 상기 광경화성 레지스트 잉크의 퍼짐이 방지되고, 상기 광경화성 레지스트 잉크와 격벽 형성용 잉크가 모두 타적 완료된 후 상기 광경화성 레지스트 잉크의 경화가 이루어지도록 광의 강도가 설정된 것을 특징으로 하는 레지스트 미세패턴 형성장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 광경화성 레지스트 잉크는 상기 경로의 수직한 방향으로 배열된 제1 토출헤드의 복수의 노즐을 통해 토출되고,
    상기 격벽 형성용 잉크는 상기 경로의 수직한 방향으로 배열된 제2 토출헤드의 복수의 노즐을 통해 토출되며,
    상기 제1 토출헤드의 복수의 노즐과 상기 제2 토출헤드의 복수의 노즐은 상기 경로를 기준으로 교차 배열된 것을 특징으로 하는 레지스트 미세패턴 형성장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 토출헤드의 최외곽측 노즐의 내측에 상기 제2 토출헤드의 최외곽측 노즐이 위치하도록 교차 배열되는 것을 특징으로 하는 레지스트 미세패턴 형성장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제1 토출헤드와 상기 제2 토출헤드는,
    상기 기판의 전체 폭을 커버할 수 있는 폭으로 형성됨과 함께 서로 동일한 폭으로 형성되고, 상기 경로의 전후방향으로 직렬 배치된 것을 특징으로 하는 레지스트 미세패턴 형성장치.
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