초소수성 물질을 이용한 용액 타입의 패턴 형성 방법 document_id A220623017157

본 발명은 기판 상에 패턴을 형성하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초소수성의 물질과 소자 물질이 분산되어 있는 용액 상태의 물질 사이의 표면반발력 또는 친화력에 따른 자기-배열을 이용하여 패턴을 기판 상에 금속 배선, 유기 절연막 등의 패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다. 반도체 소자를 비롯하여 액정 표시 소자(Liquid crystal display device) 등의 평판표시소자에 있어서 패턴 공정은 제조된 소자의 성능에 크게 영향을 미치는 중요한 공정이다. 이에 따라 최근에는 소자의 성능을 향상시킬 수 있도록 연구가 진행되고 있는데, 특히 미세금속패턴을 형성하여 소자의 성능을 향상시키고자 하는 다양한 시도가 전개되고 있다. 현재까지 가장 일반적으로 사용되는 패턴 형성 공정은 감광성물질인 포토레지스트(photoresist, PR)를 이용한 공정으로서, 도 1a 내지 도 1e는 PR을 이용하여 금속 배선의 패턴을 형성하기 위한 공정을 단계별로 개략적으로 도시한 공정도이다. 우선, 도 1a에 도시된 것과 같이 산화실리콘 등의 반도체 물질 또는 유리와 같은 절연물질로 이루어진 기판(10)의 상면으로 금속 박막층(12)을 증착한 후, 예컨대 스핀-코팅 등의 방법을 사용하여 도 1b에 도시된 것과 같이 상기 금속 박막층(12)의 상면으로 감광성 고분자인 포토레지스트층(14)을 형성한다. 이어서 도 1c에 도시된 것과 같이 상기 포토레지스트층(14)의 상면에 마스크(16)를 위치시킨 뒤 자외선(UV) 광을 조사한다. 일반적으로 포토레지스트에는 포지티브 타입과 네거티브 타입으로 구분될 수 있는데, 본 도면에서는 그 일례로서 네거티브 타입의 포토레지스트를 사용한 경우를 도시하고 있다. UV 광이 조사되면 마스크(16)에 의하여 가리워진 영역을 제외하고 UV가 조사된 영역의 포토레지스트는 그 화학적 구조가 변하게 된다. 이에 따라 현상액을 조사하면, 도 1d에 도시된 것과 같이 자외선이 조사되지 않은 영역의 포토레지스트층(14)이 제거되고 자외선이 조사된 영역으로만 일정한 포토레지스트 패턴(14a)이 형성된다. 이와 같이 자외선이 조사된 영역으로만 형성된 포토레지스트 패턴(14a)에 의하여 금속 박막층(12)이 블로킹 된 상태에서 식각액을 적용하면, 도 1e에 도시된 것과 같이 포토레지스트 패턴(14a)에 의하여 블로킹된 영역을 제외한 나머지 부분의 금속 박막층(12)이 제거된다. 그 후 도 1f에 도시된 것과 같이 스트리퍼를 적용하여 barrier로 작용하였던 상기 포토레지스트 패턴(14a)을 박리하면 기판(10) 상에는 소정의 금속 패턴(12a)만이 남게 되어 금속 배선이 완성된다. 그런데, 이와 같이 기존 공정을 이용하여 금속 배선을 형성하고자 하는 경우에는 금속 박막을 증착한 뒤에, 포토레지스트층의 형성 공정, UV 조사를 통한 노광 공정, UV 조사를 받은 부분을 제거하는 현상 공정, 감광 고분자가 open된 금속 박막 식각 공정 및 barrier로 기능하였던 포토레지스트층을 박리하는 공정 등을 거쳐야 하기 때문에 그 공정이 지나치게 복잡할 뿐만 아니라 복수개의 패턴이 형성된 전기 소자의 경우에는 각 패턴을 형성하기 위해서 별도로 포토레지스트 공정이 수행되어야 하기 때문에 제조비용이 상승하여 바람직하지 않다. 이와 같이 종래의 photolithography 기술을 이용한 패턴 공정의 문제점을 해결하기 위하여 예컨대 대한민국 공개특허공보 제2003-38401호에서는 잉크층을 전사하는 인쇄 방식을 통하여 대면적의 표시소자에 패턴을 형성하는 방법을 제안하고 있다. 그러나, 위 공개특허공보의 명세서에서도 기술되어 있듯이 잉크와 피가공층의 접착력이 약하기 때문에 잉크 패턴이 쉽게 박리되는 문제가 있고 이를 해결하기 위해서는 프라이머 도포/플라즈마 처리/UV 처리 등의 화학적 처리 및 물리적인 처리 공정이 수반되어야 하는 문제가 있다. 이와 같은 문제점으로 인하여 용액 형태의 자기배열단층막(SAM)을 형성하여 기판 상에 특정 영역으로만 성막이 이루어지는 방법이 제안된 바 있다. 이와 같은 용액 타입을 이용한 패턴 방법의 경우, 노광 공정을 이용하면 재료의 물성이 변화되는 문제가 있고, 잉크젯 프린팅 방식을 이용하는 경우에는 접촉각의 저하 등으로 인하여 미세 패턴이 균일하게 형성되기 어렵기 때문에 별도로 격벽을 설치해야 하는 문제가 있다.