KR101968635B1 - 잉크젯 프린팅을 이용한 배선 형성 방법 - Google Patents

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Abstract

잉크젯 프린팅을 이용한 배선 형성 방법이 개시된다. 개시된 배선 형성 방법은, 기판 상에 트렌치와 상기 트렌치의 양측에 배치되는 제1 및 제2 가이드 트렌치를 형성하는 단계와, 상기 트렌치 내에 전도성 물질을 포함하는 잉크를 프린팅하는 단계와, 상기 기판을 가열하여 상기 잉크를 소결함으로써 상기 트렌치의 하부에는 상기 잉크의 수축에 의해 터널을 형성하고, 상기 트렌치의 상부에는 상기 전도성 물질로 이루어진 배선을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

잉크젯 프린팅을 이용한 배선 형성 방법{Method of forming electric wiring using inkjet printing and inkjet printing apparatus}
배선 형성 방법에 관한 것으로, 상세하게는 잉크젯 프린팅을 이용한 배선 형성 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 잉크젯 프린팅 장치는 잉크젯 헤드의 노즐을 통하여 잉크의 미소한 액적을 인쇄 매체 상의 원하는 위치에 토출시킴으로써 소정 화상을 인쇄하는 장치를 말한다. 그러나, 최근에는 잉크젯 프린팅 장치를 이용하여 기능성 잉크를 토출시켜 대략 1㎛ ~ 50㎛ 정도의 미세한 선폭을 가지는 배선을 형성하는 방법들이 연구되고 있다. 이렇게 형성된 배선은 단순한 전기회로 이외에, 액정 디스플레이(LCD;liquid crystal display), 유기발광소자(OLED; organic light emitting device) 등과 같은 평판 디스플레이 분야, 전자 종이(e-paper) 등과 같은 플렉서블 디스플레이 분야, 유기 박막트랜지스터(OTFT; organic thin film transistor) 분야 등과 같은 다양한 분야에 응용되고 있다.
잉크젯 프린팅을 이용한 배선 형성 방법을 제공한다.
일 측면에 있어서,
기판 상에 트렌치(trench)와 상기 트렌치의 양측에 배치되는 제1 및 제2 가이드 트렌치(guide trench)를 형성하는 단계;
상기 트렌치 내에 전도성 물질을 포함하는 잉크를 프린팅하는 단계; 및
상기 기판을 가열하여 상기 잉크를 소결함(sintering)으로써 상기 트렌치의 하부에는 상기 잉크의 수축에 의해 터널(tunnel)을 형성하고, 상기 트렌치의 상부에는 상기 전도성 물질로 이루어진 배선을 형성하는 단계;를 포함하는 배선 형성 방법이 제공된다.
상기 잉크는 상기 트렌치와 상기 제1 가이드 트렌치 사이의 제1 트렌치 벽 상면 및 상기 트렌치와 상기 제2 가이트 트렌치 사이의 제2 트렌치 벽 상면과 접촉하도록 프린팅될 수 있다. 여기서, 상기 제1 트렌치 벽 상면의 폭과 상기 제2 트렌치 벽 상면의 폭의 합이 상기 트렌치의 바닥면의 폭보다 클 수 있다.
상기 잉크의 용매는 상기 기판 표면에 대하여 예를 들면 대략 30도 이상의 접촉각(contact angle)을 가질 수 있다. 상기 잉크의 소결 온도는 예를 들면, 대략 100℃ ~ 500℃ 인 배선 형성 방법.
상기 트렌치와 상기 제1 및 제2 가이드 트렌치를 형성한 다음, 상기 기판의 표면을 발잉크성(ink-phobic)으로 처리하는 단계가 더 포함될 수 있다. 상기 기판의 표면 처리는 상기 기판의 표면에 불소 코팅(flourine coating)을 함으로써 수행될 수 있다. 상기 배선을 형성한 다음, 상기 배선의 상면을 평탄화시키는 단계가 더 포함될 수 있다.
상기 트렌치와 상기 제1 및 제2 가이드 트렌치는 광식각 방법을 이용한 드라이 에칭(dry etching)에 의해 상기 기판을 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 상기 잉크는 잉크젯 프린팅 방법에 의해 프린팅될 수 있다.
상기 잉크는 극성 용매 또는 무극성 용매를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 전도성 물질은 금속 나노입자들(metal nanoparticles)을 포함할 수 있다. 상기 기판은 글라스 또는 실리콘을 포함할 수 있다.
실시예에 따른 잉크젯 프린팅을 이용한 배선 형성 방법은 잉크와 기판 표면 사이의 결합력을 이용하여 기판의 트렌치 내부에 터널을 포함하는 배선 구조체를 형성할 수 있다. 그리고, 상기 기판에는 트렌치 양측을 따라 가이드 트렌치들을 형성함으로써 잉크의 벌징을 방지할 수 있고, 이에 따라 배선을 균일한 선폭으로 형성할 수 있다. 이러한 터널을 포함하는 배선 구조체는 층간 절연막, 소자 분리막 또는 고유전체막 등을 포함하는 메모리 분야나 또는 화학 가스 센서 분야 등에 다양하게 적용될 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예에 따라 잉크젯 프린팅 장치를 이용하여 잉크를 기판 상에 프린팅하는 모습을 도시한 것이다.
도 2 내지 도 8은 예시적인 실시예에 따른 잉크젯 프린팅을 이용한 배선 형성 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세히 설명한다. 아래에 예시되는 실시예는 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니며, 본 발명을 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예에 따라 잉크젯 프린팅 장치(110)를 이용하여 잉크를 기판(150) 상에 프린팅하는 모습을 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 잉크젯 프린팅 장치(110)는 프린팅하고자 하는 기판(150) 상에 이동가능하게 설치된다. 상기 잉크젯 프린팅 장치(110)는 잉크 액적(116)을 토출시키는 잉크젯 헤드(114)와, 상기 잉크젯 헤드(114)에 잉크를 공급하는 잉크 챔버(112)를 포함한다. 상기 기판(150)에는 후술하는 바와 같이 터널 및 배선 형성을 위한 트렌치(155)가 형성되어 있으며, 상기 트렌치(155)의 양측에는 각각 제1 및 제2 가이드 트렌치(158,159)가 트렌치(155)와 나란하게 형성되어 있다. 잉크젯 프린팅 장치(110)는 기판(150)에 형성된 트렌치(155)를 따라 이동하면서 잉크젯 헤드(114)로부터 잉크 액적(116)을 트렌치(155) 내에 토출시킴으로써 프린팅 작업을 수행한다. 이러한 프린팅 작업에 사용되는 잉크는 배선을 형성하기 위한 것으로, 전도성 물질을 포함할 수 있다. 이하에서는, 상기한 잉크젯 프린팅 장치(110)를 이용하여 배선을 형성하는 방법에 대해 구체적으로 설명한다.
도 2 내지 도 8은 예시적인 실시예에 따른 잉크젯 프린팅을 이용한 배선 형성 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 2를 참조하면, 먼저 기판(150)을 준비한다. 상기 기판(150)은 친수성 또는 소수성 표면을 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 기판(150)으로는 글라스 기판 또는 실리콘 기판 등이 사용될 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 도 3을 참조하면, 상기 기판(150) 상에 트렌치(155)와, 제1 및 제2 가이드 트렌치(158,159)를 형성한다. 후술하는 바와 같이, 상기 트렌치(155)는 터널(도 7의 180) 및 배선(도 7의 171) 형성을 위한 것이며, 상기 제1 및 제2 가이드 트렌치(158,159)는 배선(171)의 선폭을 일정하게 유지하기 위한 것이다. 도 4에는 도 3에 도시된 기판(150)의 사시도가 도시되어 있다. 도 4에는 트렌치(155)와 제1 및 제2 가이드 트렌치(158,159)가 직선형으로 형성되어 있지만, 이는 단지 예시적인 것으로 다양한 형태로 형성될 수 있다.
제1 및 제2 가이드 트렌치(158,159)는 트렌치(155)의 양측에 트렌치(155)와 나란하게 형성될 수 있다. 트렌치(155)와 제1 가이드 트렌치(158) 사이에는 제1 트렌치벽(156)이 마련될 수 있으며, 트렌치(155)와 제2 가이드 트렌치(159) 사이에는 제2 트렌치벽(157)이 마련될 수 있다. 상기 트렌치(155)와 상기 제1 및 제2 가이드 트렌치(158,159)는 광식각 방법(photolithography)을 이용한 드라이 에칭(dry etching)에 의해 기판(150)을 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 구체적으로는, 상기 기판(150) 상에 포토레지스트(미도시)를 도포한 다음, 이를 소정 패턴으로 노광 및 현상한다. 이어서, 현상된 포토레지스트를 식각마스크로 이용하여 상기 기판(150)을 드라이 에칭하게 되면, 기판(150) 상에 트렌치(155)와 제1 및 제2 가이드 트렌치(158,159)가 형성될 수 있다. 한편, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 상기 트렌치(155)와 상기 제1 및 제2 가이드 트렌치(158,159)는 기판 상에 소정의 물질층을 코팅하고, 이를 광식각 방법을 이용한 드라이 에칭에 의해 패터닝함으로써 형성되는 것도 가능하다.
상기 제1 트렌치벽(156)과 상기 제2 트렌치벽(157)은 그 폭이 서로 동일하게 형성될 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다. 여기서, 상기 제1 트렌치벽 상면(156a)의 폭(W2)과 상기 제2 트렌치벽 상면(157a)의 폭(W3)의 합은 트렌치 바닥면(155a)의 폭(W1)보다 클 수 있다. 이는 후술하는 바와 같이, 잉크(도 5의 170)와 제1 및 제2 트렌치벽 상면들(156a,157a) 사이의 결합력을 잉크(170)와 트렌치 바닥면(155a) 사이의 결합력 보다 크게 하기 위한 것이다. 상기 트렌치(155)의 깊이는트렌치(155) 내에 채워지는 잉크(170)의 양 및 잉크(170) 내에 포함되는 도전성 물질의 함량 등과 함께 다양하게 변경될 수 있다.
한편, 상기 기판(150) 상에 트렌치(155)와 제1 및 제2 가이드 트렌치(158,159)를 형성한 다음에, 기판(150)의 표면에 발잉크성(ink-phobic) 처리를 할 수도 있다. 이는 기판(150) 표면에 대한 잉크(170)의 접촉각을 크게 하기 위한 것이다. 예를 들면, 잉크(170)가 극성 용매를 포함하는 경우에는 기판(150)의 표면은 소수성으로 처리될 수 있으며, 상기 잉크(170)가 무극성 용매를 포함하는 경우에는 기판(150)의 표면은 친수성 처리될 수 있다. 이러한 발잉크성 표면 처리는 예를 들면, 기판(150)의 표면에 불소 코팅(flourine coating)을 함으로써 수행될 수 있다.
도 5를 참조하면, 잉크젯 프린팅 장치(도 1의 110)의 잉크젯 헤드(114)로부터 잉크 액적(116)을 토출시켜 상기 트렌치(155) 내에 잉크(170)를 채운다. 상기 잉크(170)는 전도성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 잉크(170)는 금속 나노입자들을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 금속 나노입자는 예를 들면, Ag, Au 또는 Cu 등을 포함할 수 있지만 이에 한정되지는 않는다. 그리고, 상기 잉크(170)는 극성 용매 또는 무극성 용매를 포함할 수 있다. 예를 들면, 기판(150)이 소수성 표면을 가지는 경우에는 잉크(170)는 기판(150)의 표면에 대한 접촉각을 증대시키기 위해 물(water) 등과 같은 극성 용매를 포함할 수 있다. 이 경우, 잉크(170)는 물에 금속 나노입자들과 같은 전도성 물질이 분산된 용액이 될 수 있다. 그리고, 기판(150)이 친수성 표면을 가지는 경우에는 잉크(170)는 기판(150)의 표면에 대한 접촉각을 증대시키기 위해 n-tetradecane 등과 같은 무극성 용매를 포함할 수 있다.
상기 잉크(170)는 제1 트렌치벽 상면(156a) 및 제2 트렌치벽 상면(157a)과 접촉하도록 프린팅될 수 있다. 또한, 잉크젯 프리팅 과정에서 잉크(170)가 제1 및 제2 가이드 트렌치(158,159) 내부로 이동하는 것을 방지하기 위하여 상기 잉크(170)는 기판(150)의 표면에 대해 대략 30도(degree) 이상의 접촉각을 가질 수 있다. 하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 기판(150)에 제1 및 제2 가이드 트렌치(158,159)가 형성되지 않는 경우에는 트렌치(155) 주위의 기판(150) 표면에서 잉크(170)의 벌징(bulging)이 발생하게 되고, 이에 따라 배선이 불균일한 선폭으로 형성될 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 기판(150)을 소정 온도로 가열하여 트렌치(155) 내에 채워진 잉크(170)를 소결(sintering)한다. 여기서, 상기 잉크(170)의 소결 온도는 예를 들면, 대략 100℃ ~ 500℃ 정도가 될 수 있다. 하지만, 이에 한정되지는 않는다. 이러한 잉크(170)의 소결 과정을 통하여 도 7에 도시된 바와 같이, 트렌치(155)의 하부에는 잉크(170)의 수축으로 인해 터널(180)이 형성되고, 트렌치(155)의 상부에는 전도성 물질로 이루어진 배선(171)이 형성될 수 있다.
잉크(170)의 소결 과정에서는 용매가 증발함으로써 잉크가 수축된다. 전술한 바와 같이, 상기 제1 트렌치벽 상면(156a)의 폭(W2)과 상기 제2 트렌치벽 상면(157a)의 폭(W3)의 합은 상기 트렌치 바닥면(155a)의 폭(W1)보다 클 수 있다. 그러므로, 잉크(170)가 제1 트렌치벽 상면(156a) 및 제2 트렌치벽 상면(157a)과 접촉하도록 트렌치(155) 내에 채워지게 되면, 잉크(170)와 제1 및 제2 트렌치벽 상면들(156a,157a) 사이의 결합력이 잉크(170)와 트렌치 바닥면(155a) 사이의 결합력 보다 크게 된다. 따라서, 잉크(170)의 수축 과정에서는 트렌치(155) 하부에 채워진 잉크(170)가 수축에 의해 위로 올라가게 되고, 이에 따라 트렌치(155) 하부에는 빈 공간의 터널(180)이 형성될 수 있다. 그리고, 잉크(170)의 소결이 계속 진행되면서 잉크(170) 내의 전도성 물질, 예를 들면 금속 나노입자들이 서로 뭉쳐서 그 내부에 공극들(porocities)이 제거된 배선(171)을 형성하게 된다. 이에 따라, 트렌치(155)의 상부에는 배선(171)이 형성되며, 이러한 배선(171)의 하부에는 배선과 나란하게 터널(180)이 형성된다. 한편, 트렌치(155) 상부에 배선(171)을 형성한 다음, 도 8에 도시된 바와 같이, 배선(171)의 돌출된 상면을 평탄화시키는 공정이 더 수행될 수도 있다.
이상과 같이, 잉크(170)와 기판(150) 표면 사이의 결합력을 이용하여 기판(150)의 트렌치(155) 내부에 터널을 포함하는 배선 구조체를 형성할 수 있다. 그리고, 상기 기판(150)에는 트렌치(155)의 양측을 따라 가이드 트렌치들(158,159)을 형성함으로써 잉크(170)의 벌징을 방지할 수 있고, 이에 따라 배선(171)을 균일한 선폭으로 형성할 수 있다. 터널을 포함하는 배선 구조체는 층간 절연막, 소자 분리막 또는 고유전체막 등을 포함하는 메모리 분야나 또는 화학 가스 센서 분야 등에 다양하게 적용될 수 있다. 이상에서 예시적인 실시예들을 통하여 기술적 내용을 설명하였으나, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
110... 잉크젯 프린팅 장치 112... 잉크챔버
114... 잉크젯 헤드 116... 잉크 액적
150... 기판 155... 트렌치
156... 제1 트렌치벽 157... 제2 트렌치벽
158.. 제1 가이드 트렌치 159... 제2 가이드 트렌치
170... 전도성 물질을 포함하는 잉크
171... 잉크의 소결 공정 후 형성된 전도성 물질로 이루어진 배선

Claims (13)

  1. 기판 상에 트렌치(trench)와 상기 트렌치의 양측에 배치되는 제1 및 제2 가이드 트렌치(guide trench)를 형성하는 단계;
    상기 트렌치 내에 전도성 물질을 포함하는 잉크를 프린팅하는 단계; 및
    상기 기판을 가열하여 상기 잉크를 소결함(sintering)으로써 상기 트렌치의 하부에는 상기 잉크의 수축에 의해 터널(tunnel)을 형성하고, 상기 트렌치의 상부에는 상기 전도성 물질로 이루어진 배선을 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 잉크는 상기 트렌치와 상기 제1 가이드 트렌치 사이의 제1 트렌치벽 상면 및 상기 트렌치와 상기 제2 가이트 트렌치 사이의 제2 트렌치벽 상면과 접촉하도록 프린팅되는 배선 형성 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 트렌치벽 상면의 폭과 상기 제2 트렌치벽 상면의 폭의 합이 상기 트렌치의 바닥면의 폭보다 큰 배선 형성 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 잉크의 용매는 상기 기판 표면에 대하여 30도 이상의 접촉각(contact angle)을 가지는 배선 형성 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 잉크의 소결 온도는 100℃ ~ 500℃ 인 배선 형성 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 트렌치와 상기 제1 및 제2 가이드 트렌치를 형성한 다음, 상기 기판의 표면을 발잉크성(ink-phobic)으로 처리하는 단계를 더 포함하는 배선 형성 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 기판의 표면 처리는 상기 기판의 표면에 불소 코팅(flourine coating)을 함으로써 수행되는 배선 형성 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 배선을 형성한 다음, 상기 배선의 상면을 평탄화시키는 단계를 더 포함하는 배선 형성 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 트렌치와 상기 제1 및 제2 가이드 트렌치는 광식각 방법을 이용한 드라이 에칭(dry etching)에 의해 상기 기판을 패터닝함으로써 형성되는 배선 형성 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 잉크는 잉크젯 프린팅 방법에 의해 프린팅되는 배선 형성 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 잉크는 극성 용매 또는 무극성 용매를 포함하는 배선 형성 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 전도성 물질은 금속 나노입자들(metal nanoparticles)을 포함하는 배선 형성 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 글라스 또는 실리콘을 포함하는 배선 형성 방법.
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