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KR101657076B1 - 미세 패턴의 형성 방법 - Google Patents

미세 패턴의 형성 방법 Download PDF

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KR101657076B1
KR101657076B1 KR1020150090299A KR20150090299A KR101657076B1 KR 101657076 B1 KR101657076 B1 KR 101657076B1 KR 1020150090299 A KR1020150090299 A KR 1020150090299A KR 20150090299 A KR20150090299 A KR 20150090299A KR 101657076 B1 KR101657076 B1 KR 101657076B1
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South Korea
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최제현
정은화
진준수
손혜란
노치형
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주식회사 네패스
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Abstract

미세 패턴의 형성 방법이 개시된다. 본 발명의 일실시예에 따른 미세 패턴의 형성 방법에 따르면, 베이스 기판 상에 금속층을 형성하고, 상기 금속층 상에 포토레지스트 잉크를 이용한 롤 프린팅 공정을 통하여 제1 폭을 가지는 제1 포토 패턴을 형성하고, 상기 제1 포토 패턴의 폭 및 두께를 감소시키기 위하여 산소 플라즈마 처리하여 상기 제1 폭보다 작은 제2 폭을 가지는 제2 포토 패턴을 형성하고, 상기 제2 포토 패턴을 마스크로하여 상기 금속층을 식각하여 금속 패턴을 형성하고, 상기 제2 포토 패턴을 가열하여 상기 금속 패턴의 상부 및 측부를 감싸 상기 금속 패턴을 절연하는 리플로우 포토레지스트층을 형성한다. 따라서, 인쇄 공정 이후 포토 패턴의 플라즈마 에칭을 통하여 포토 패턴의 폭을 감소시켜 미세한 선폭을 가지는 메쉬 패턴을 형성하여, 원하는 정밀한 패턴을 얻을 수 있으며, 공정 비용 및 효율을 개선시킬 수 있다.

Description

미세 패턴의 형성 방법{METHOD OF FORMING FINE PATTERN}
본 발명은 미세 패턴의 형성 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인쇄 공정 이후 플라즈마 에칭을 통하여 미세한 선폭을 형성할 수 있는 미세 패턴의 형성 방법에 관한 것이다.
최근 전자소자에 각종 기능성 재료의 패턴이 요구되고 있다. 예컨대, 전극용 도전성 패턴, 컬러필터용 블랙매트릭스 패턴 및 컬러 패턴, 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)용 절연패턴 및 레지스트 패턴 등이 요구되어, 이러한 패턴을 형성하기 위한 다양한 인쇄 기술이 개발되고 있다.
일반적으로, 터치센서에 사용되는 미세 패턴은 주로 포토레지스트를 이용한 포토 공정에 의해 형성된다. 이는 원하는 패턴을 정밀하게 얻을 수 있는 장점이 있는 반면, 공정이 복잡하고 또한 공정마다의 화학제품의 비용이 만만치 않으므로 비용이 비싸다는 단점이 있다. 이에 따라 최근에는 포토공정의 단점을 극복하기 위해 차세대 공정의 하나로서 롤 프린팅, 임프린팅, 잉크젯 방식에 의해 미세패턴을 얻는 기술이 제안되고 있다.
대부분의 전극 인쇄공정은 Ag잉크의 직접 인쇄법으로 실행하여 단일 공정에 따른 공정단순화의 이득은 얻을 수 있지만 인쇄된 배선의 전기 전도성이 순수한 금속보다 낮고, 인쇄된 배선의 기판과의 밀착력도 우수하지 못하여 제품불량을 유발하는 문제점이 있었다.
이에 따라 스퍼터링 증착 후 에칭레지스트를 인쇄 및 에칭하여 배선을 제작하면 기존의 전기전도성 및 기판과의 밀착력이 여타의 방법에 비해 매우 탁월하여 제품불량이 발생하지 않는다. 또한 에칭 레지스트는 도전성 잉크에 비해 도전성 금속입자 성분이 함유되지 않기에 인쇄성 및 패턴성이 포토리소그래피에 버금갈 수준으로 탁월하다.
기존의 에칭레지스트를 이용한 터치스크린 제조방법은 금속 증착면에 에칭레지스트로 미세선폭을 인쇄 후 오버 에칭을 적용하여 인쇄한 레지스트 선폭보다 하부 금속선의 선폭이 더 감소하는 방법을 이용하여 메탈메쉬 터치스크린을 제작하였다. 즉 레지스트 인쇄는 리버스 오프셋 인쇄 공정의 인쇄 불량 한계치(5㎛) 보다 더욱 양품생산이 용이한 8㎛으로 인쇄하고 오버 에칭으로 하부 금속선을 3㎛으로 축소시켜 터치스크린을 제작하고 있었다.
하지만 오버 에칭은 선폭의 진직도가 매우 나빠져 최종 완성된 터치스크린 패널(touch screen panel, TSP)의 전기 전도성에 불량을 초래하며 또한 가끔 선폭이 단선되므로 오히려 제품 불량을 유발하는 문제점이 있었다. 이에 따라 오버 에칭을 수행하지 않고 레지스트의 선폭을 인쇄 선폭보다 감소시킬 때 진직도의 변화를 최소화 시키는 방법을 고안하게 되었다.
한국 공개특허문헌 제10-2010-0090670호
본 발명은 인쇄 공정 이후 플라즈마 에칭을 통하여 미세한 선폭을 형성하여, 원하는 정밀한 패턴을 얻을 수 있으며, 공정 비용 및 효율이 개선된 미세 패턴의 형성 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴의 형성 방법은 베이스 기판 상에 금속층을 형성하고, 상기 금속층 상에 포토레지스트 잉크를 이용한 롤 프린팅 공정을 통하여 제1 폭을 가지는 제1 포토 패턴을 형성하고, 상기 제1 포토 패턴의 폭 및 두께를 감소시키기 위하여 산소 플라즈마 처리하여 상기 제1 폭보다 작은 제2 폭을 가지는 제2 포토 패턴을 형성하고, 상기 제2 포토 패턴을 마스크로하여 상기 금속층을 식각하여 금속 패턴을 형성하고, 상기 제2 포토 패턴을 가열하여 상기 금속 패턴의 상부 및 측부를 감싸 상기 금속 패턴을 절연하는 리플로우 포토레지스트층을 형성한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속층은 알루미늄(Al), 니켈(Ni) 및 구리(Cu)를 포함하는 그룹에서 선택된 어느 하나 이상을 스퍼터링 공정을 통해 증착하여 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 포토레지스트 잉크는 아크릴 바인더 5 내지 30중량%, 비점이 150℃ 이상인 제1 용매 20 내지 50중량% 및 비점이 150℃ 미만인 제2 용매 25 내지 50중량%를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 용매는 부틸셀로솔브(BC)이며, 상기 제2 용매는 에틸 아세테이트(EA) 일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 포토레지스트 잉크 100 중량부에 대하여, 1 내지 3중량부의 염료, 0.01 내지 2 중량부의 계면활성제를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 롤 프린팅 공정은 리버스 오프셋 프린팅 일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 폭은 5 내지 10㎛ 일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 산소 플라즈마 처리는 RF 파워 50 내지 300W를 인가한 상태에서 산소 가스를 50 내지 150sccm을 흘려 산소 플라즈마를 생성하여 30 내지 90초 동안 수행될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 폭은 1 내지 3㎛ 일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 포토 패턴은 100 내지 120℃로 가열하여 상기 리플로우 포토레지스트층을 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 미세 패턴의 형성 방법 및 메탈 메쉬 터치스크린의 제조 방법에 있어서, 인쇄 공정 이후 포토 패턴의 플라즈마 에칭을 통하여 포토 패턴의 폭을 감소시켜 미세한 선폭을 가지는 메쉬 패턴을 형성하여, 원하는 정밀한 패턴을 얻을 수 있으며, 공정 비용 및 효율을 개선시킬 수 있다.
도 1 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴을 형성하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
도 1 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴을 형성하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 1 내지 도 8을 참조하여, 이하 미세 패턴을 형성하는 방법 및 메탈 메쉬 터치스크린의 제조 방법을 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 베이스 기판(100) 상에 금속층(M)을 형성한다.
예를 들어, 상기 금속층(M)은 알루미늄(Al), 니켈(Ni) 및 구리(Cu)로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하며, 바람직하게는 상기 금속층(M)은 알루미늄(Al)을 포함할 수 있다.
상기 금속층(M)은 스퍼터링 공정을 통해 증착하여 형성된 것일 수 있다.
예를 들어, 상기 금속층(M)은 50 내지 500nm의 두께로 증착될 수 있다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 상기 금속층(M) 상에 포토레지스트 잉크(PR)를 이용한 롤 프린팅 공정을 통하여 제1 폭(W1)을 가지는 제1 포토 패턴(PR')을 형성한다.
상기 제1 포토 패턴(PR')은 롤 프린팅 공정을 통하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 롤 프린팅 공정은 리버스 오프셋 프린팅 공정일 수 있다.
인쇄롤은 롤(R)과 상기 롤(R)의 표면을 감싸도록 구비된 블랭킷(B)을 포함한다. 상기 롤(R)의 상기 블랭킷(B) 상에 코터(coater, C)를 이용하여 포토레지스트 잉크(PR)를 코팅한다.
이어서, 클리쉐(C)에 상기 인쇄롤의 상기 블랭킷(B)를 접촉시켜, 상기 인쇄롤의 상기 블랭킷(B)으로부터 포토레지스트 잉크(PR)의 일부를 제거함으로써, 상기 블랭킷(B) 상에 제1 포토 패턴(PR')을 형성한다. 이후, 상기 인쇄롤의 상기 블랭킷(B)을 피식각층인 상기 금속층(M)에 접촉함으로써 제1 포토 패턴(PR')을 상기 금속층(M)에 전사한다. 상기 클리쉐(C)는 상기 제1 포토 패턴(PR')이 원하는 폭을 가지도록 하기 위하여 특정 폭의 패턴을 가질 수 있다.
상기 포토레지스트 잉크(PR)는 아크릴 바인더 5 내지 30중량%, 비점이 150℃ 이상인 제1 용매 20 내지 50중량% 및 비점이 150℃ 미만인 제2 용매 25 내지 50중량%를 포함한다.
상기 아크릴 바인더는 열가소성 아크릴 수지일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니나, 예를 들어, 상기 아크릴 바인더는 미원상사의 LGR-7103 일 수 있다.
상기 아크릴 바인더는 상기 포토레지스트 잉크(PR)의 5 내지 30중량%로 포함될 수 있으며, 상기 아크릴 바인더가 상기 포토레지스트 잉크(PR)의 5중량% 미만인 경우, 상기 포토레지스트 잉크(PR)의 점도가 너무 낮아 원하는 두께를 갖는 포토 패턴이 형성되지 않는 문제점이 있고, 상기 바인더 수지가 상기 포토레지스트 잉크(PR)의 30중량% 초과인 경우, 상기 포토레지스트 잉크(PR)의 점도가 너무 높아져 기판 상에 상기 포토레지스트 잉크(PR)을 코팅하기 어려운 문제점이 있다. 따라서, 상기 아크릴 바인더는 상기 포토레지스트 조성물의 5 내지 30중량%를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 포토레지스트 잉크(PR)가 상기 금속층(M) 상에 안정적으로 코팅되면서 적절한 밀도를 갖기 위해서, 상기 아크릴 바인더의 중량평균분자량은 대략 3,000 내지 50,000 일 수 있다. 상기 아크릴 바인더의 중량평균분자량이 3,000 미만인 경우에는, 상기 아크릴 바인더가 상기 포토레지스트 잉크(PR)의 노광 마진 및 내열성에 기여하는 효과가 거의 없고, 상기 아크릴 바인더의 중량평균분자량이 50,000 초과인 경우에는 상기 아크릴 바인더가 용매에 용해되기 어렵다. 바람직하게는, 상기 아크릴 바인더의 중량평균분자량은 16,000 일 수 있다.
상기 포토레지스트 잉크(PR)는 용매를 포함하며, 상기 용매는 제1 용매 및 제2 용매를 포함할 수 있다. 제1 용매는 휘발도가 낮아 저장안정성이 뛰어나며, 제2 용매는 휘발도가 커서 포토 패턴을 경화시키기 위해 용매의 건조가 용이하다. 이 두가지 용매를 혼합하여 사용할 수 있다. 즉, 휘발도가 낮은 용매의 첨가량이 증가할수록 저장안정성의 측면에서 향상된다. 이에 대하여 휘발도가 높은 용매의 첨가량이 증가할수록 건조가 용이하다.
상기 제1 용매가 20 중량% 미만인 경우에는 저장안정성을 충분히 발휘하지 못하며, 50 중량% 초과인 경우에는 휘발도가 낮아 포토 패턴의 건조가 불리하다. 상기 제2 용매가 25 중량% 미만인 경우에는 휘발도가 높아 도포 얼룩에 취약하며, 50 중량% 초과인 경우에는 저장 안정성이 저하된다.
예를 들어, 상기 제1 용매는 부틸셀로솔브(BC)이며, 상기 제2 용매는 에틸 아세테이트(EA) 일 수 있다.
상기 포토레지스트 잉크(PR) 100 중량부에 대하여, 1 내지 3중량부의 염료, 0.01 내지 2 중량부의 계면활성제를 더 포함할 수 있다.
상기 염료는 후에 형성되는 미세 패턴의 시인성을 감소시키기 위한 것으로서, 블랙 염료를 포함할 수 있다. 상기 블랙 염료는 카본 블랙(carbon black) 등 일 수 있다.
상기 계면 활성제는 포토레지스트 잉크의 도포성이나 현상성을 향상시키기 위한 것으로, 예를 들어, 폴리옥시 에틸렌옥틸페닐에테르, 폴리옥시에틸렌노닐페닐에테르, F171, F172, F173(상품명; 대일본잉크사), FC430, FC431(상품명; 수미또모트리엠사), KP341(상품명; 신월화학공업사) 등 일 수 있다.
상기 포토레지스트 잉크(PR)는 후에 포토 패턴의 식각시에 이를 촉진하기 위한 촉매를 포함할 수 있으며, 상기 촉매는 불소 화합물로서 3M사의 HFE-7500을 더 포함할 수 있으며, 이러한 촉매는 상기 포토레지스트 잉크(PR) 100중량부에 대하여, 1 내지 3중량부로 포함될 수 있다.
상기 제1 포토 패턴(PR')은 제1 폭(W1)을 가질 수 있는데, 상기 제1 폭(W1)은 5 내지 10㎛ 일 수 있다. 상기 제1 폭은 리버스 오프셋 프린팅 공정의 인쇄 불량 한계치인 5㎛ 보다 크게 인쇄함이 바람직하다. 다만, 상기 제1 폭이 10㎛ 인 경우, 후에 충분히 미세한 금속 패턴을 형성하기 어렵다.
상기 제1 포토 패턴(PR') 내부의 용매를 제거하여 상기 제1 포토 패턴(PR')을 경화시키기 위하여 건조시킬 수 있다. 또한, 상기 건조를 통하여, 상기 제1 포토 패턴(PR')이 상기 금속층(M) 상에 밀착할 수 있다. 또한, 상기 건조를 통하여 상기 제1 포토 패턴(PR')의 미세 기포를 제거시키면서 평탄한 표면을 형성시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 건조는 80 내지 100℃에서 10 내지 30분 동안 진행할 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 제1 포토 패턴(PR')의 폭 및 두께를 감소시키기 위하여 산소 플라즈마 처리하여 상기 제1 폭(W1)보다 작은 제2 폭(W2)을 가지는 제2 포토 패턴(PR")을 형성한다.
예를 들어, 상기 산소 플라즈마는 RF 파워 50 내지 300W를 인가한 상태에서 산소 가스를 50 내지 150sccm을 흘려 파티클(PT)을 생성하여 상기 제1 포토 패턴(PR')의 폭 및 두께를 감소시킬 수 있으며, 이러한 산소 플라즈마 처리는 30 내지 90초 동안 수행될 수 있다. 이에 따라, 제2 포토 패턴(PR")을 형성할 수 있다.
이에 따라, 상기 제2 포토 패턴(PR")은 제2 폭(W2)을 가질 수 있다. 상기 제2 폭은 1 내지 3㎛ 일 수 있으며, 바람직하게는 2㎛이하 일 수 있다.
상기 산소 플라즈마 처리시, 산소 가스가 50sccm 미만이거나 처리 시간이 30초 미만인 경우, 충분한 파티클(PT)를 형성할 수 없어, 제1 포토 패턴(PR')의 폭을 충분히 줄이기 어려우며, 상기 산소 가스가 150sccm 초과이거나 처리 시간이 90초 초과인 경우, 파티클(PT)의 양이 많아 폭이 제1 포토 패턴(PR')의 폭이 너무 줄어들어 단선되는 문제점이 있다.
도 7을 참조하면, 상기 제2 포토 패턴(PR")을 마스크로하여 상기 금속층(M)을 식각하여 금속 패턴(MP)을 형성한다.
상기 금속층(M)은 식각액을 이용하여 식각되는데, 상기 식각액은, 이에 한정되는 것은 아닌, 예를 들어, 인산, 질산 및 초산을 포함하여 알루미늄(Al)을 포함하는 금속층(M)을 식각할 수 있다.
상기 식각액을 이용하여, 상기 금속층(M)에 30 내지 60초 동안 담가서 상기 금속층(M)의 일부를 제거하여 상기 금속 패턴(M)을 형성할 수 있다.
도 8을 참조하면, 상기 제2 포토 패턴(PR")을 가열하여 상기 금속 패턴(MP)의 상부 및 측부를 감싸 상기 금속 패턴(MP)을 절연하는 리플로우 포토레지스트층(PR''')을 형성한다.
상기 제2 포토 패턴(PR")은 상기 금속 패턴(MP)의 상부면에 형성되어 있으나, 상기 제2 포토 패턴(PR")을 100 내지 120℃로 가열하여 상기 제2 포토 패턴(PR?)이 녹아 상기 금속 패턴(MP)에 흘러내려 상기 리플로우 포토레지스트층(PR''')을 형성할 수 있다. 따라서, 상기 리플로우 포토레지스트층(PR''')이 상기 금속 패턴(MP)의 상부 및 측부를 감싸도록 형성될 수 있다.
상기 리플로우 포토레지스트층(PR''')이 상기 금속 패턴(MP)의 상부 및 측부를 감싸며, 상기 리플로우 포토레지스트층(PR''')은 짙은 청색을 띄므로, 상기 금속 패턴(MP)의 반짝거리는 시인성을 감소시킬 수 있다.
상술한 바에 있어서, 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
100: 베이스 기판 PR: 포토레지스트
PR': 제1 포토 패턴 PR": 제2 포토 패턴
PR''': 리플로우 포토레지스트층 PT: 파티클
C: 클리쉐 B: 블랭킷
R: 롤 M: 금속층

Claims (10)

  1. 베이스 기판 상에 금속층을 형성하는 단계;
    상기 금속층 상에 포토레지스트 잉크를 이용한 롤 프린팅 공정을 통하여 제1 폭을 가지는 제1 포토 패턴을 형성하는 단계;
    상기 제1 포토 패턴의 폭 및 두께를 감소시키기 위하여 산소 플라즈마 처리하여 상기 제1 폭보다 작은 제2 폭을 가지는 제2 포토 패턴을 형성하는 단계;
    상기 제2 포토 패턴을 마스크로하여 상기 금속층을 식각하여 금속 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 제2 포토 패턴을 가열하여 상기 금속 패턴의 상부 및 측부를 감싸 상기 금속 패턴을 절연하는 리플로우 포토레지스트층을 형성하는 단계를 포함하는 미세 패턴의 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 금속층은 알루미늄(Al), 니켈(Ni) 및 구리(Cu)를 포함하는 그룹에서 선택된 어느 하나 이상을 스퍼터링 공정을 통해 증착하여 형성된 것을 특징으로 하는 미세 패턴의 형성 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 포토레지스트 잉크는 아크릴 바인더 5 내지 30중량%, 비점이 150℃ 이상인 제1 용매 20 내지 50중량% 및 비점이 150℃ 미만인 제2 용매 25 내지 50중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 패턴의 형성 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 용매는 부틸셀로솔브(BC)이며, 상기 제2 용매는 에틸 아세테이트(EA)인 것을 특징으로 하는 미세 패턴의 형성 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 포토레지스트 잉크 100 중량부에 대하여, 1 내지 3중량부의 염료, 0.01 내지 2 중량부의 계면활성제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 패턴의 형성 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 롤 프린팅 공정은 리버스 오프셋 프린팅 인 것을 특징으로 하는 미세 패턴의 형성 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 폭은 5 내지 10㎛ 인 것을 특징으로 하는 미세 패턴의 형성 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 산소 플라즈마 처리는 RF 파워 50 내지 300W를 인가한 상태에서 산소 가스를 50 내지 150sccm을 흘려 산소 플라즈마를 생성하여 30 내지 90초 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 미세 패턴의 형성 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제2 폭은 1 내지 3㎛ 인 것을 특징으로 하는 미세 패턴의 형성 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제2 포토 패턴은 100 내지 120℃로 가열하여 상기 리플로우 포토레지스트층을 형성하는 것을 특징으로 하는 미세 패턴의 형성 방법.


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