KR20060096422A - 감열성 중규모 증착을 위한 레이저 공정 - Google Patents

감열성 중규모 증착을 위한 레이저 공정 Download PDF

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마르셀리노 에시앙
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Abstract

마스크리스 중규모 물질 증착(M3DTM) 공정을 위한 방법이 개시되며, 초음파 변환기 또는 공기압 분무기(22)를 사용하여 입구(20)를 통해 기판으로 향한 공기압 분무기의 스트림으로 에어로졸을 생성하고, 선택적으로 버츄얼 임팩터(24)를 통과하여 가스 부피를 줄이거나 가열기 어셈블리(16)를 통해 흐름헤드(12)로 회피하며, 이는 용제를 제거하거나 점도를 수정한다. 기계적 셔터(28)를 갖는 물질 셔터 어셈블리(26)는 흐름헤드에 제공되며, 그리고 외장 가스는 입구(18)를 통해 들어가 흐름헤드로부터 이미 존재하는 에어로졸을 둘러싸며, 이는 기판 상에 증착을 위해 사용되며, 여기서 레이저 모듈(10)로부터의 빔으로 처리되며, 그리하여 상기 기판의 손상 임계 이상의 열을 야기한다.

Description

감열성 중규모 증착을 위한 레이저 공정{LASER PROCESSING FOR HEAT-SENSITIVE MESOSCALE DEPOSITION}
본 발명은 일반적으로 감열성(heat-sensitive) 타겟상으로 에어로졸화(aerosolized) 유체(fluid) 또는 미립자 서스펜션(particle suspension)의 공기역학적 포커싱(aerodynamic focusing)을 사용한, 중규모 전자 구조를 포함하지만 상기 중규모 전자 구조에 한정되지 않는, 물질들의 마스크리스 직접 쓰기 증착(maskless direct write deposition) 분야에 관한 것이며, 여기서 레이저 방사가 상기 증착물을 그 최종 상태로 처리하는데 바람직하게 사용된다.
본 출원은 2003년 9월 26일 출원된 제목 "Laser Treatment Process for Low-Temperature Deposition"인 미국 가출원 번호 60/506,495호와 2003년 10월 3일에 출원된 제목 "Method for Fabricating Resistive Structures"인 미국 가출원 번호 60/508,759호의 출원의 이익을 주장한다. 본 출원은 또한 2003년 12월 23일 출원된 제목 "Apparatuses, Methods, and Precision Spray Processes for Direct Write and Maskless Mesoscale Material Deposition"인 미국 특허출원 번호 10/746,646호의 부분계속출원이며, 이는 2001년 4월 27일에 출원된 제목 "Precision Spray Processes for Direct Write Electronic Components"인 미국 특허출원 번호 09/844,666호(이는 1999년 5월 5일 출원되어 미국 특허번호 제 6,251,488호로 등록된 제목 "Precision Spray Processes for Direct Write Electronic Components"인 미국 특허 출원번호 09/305,985호의 분할출원이다)의 부분계속 출원이고, 그리고 또한 하기의 미국 특허 출원들의 부분계속 출원인 2003년 1월 17일에 출원된 Michael J. Renn 등의 제목 "Apparatuses and Method for Maskless Mesoscale Material Deposition"인 미국 특허 출원번호 10/346,935호의 부분계속 출원이다:
1998년 9월 30일에 출원된 Michael J. Renn 등의 제목 "Direct-Writing of Materials by Laser Guidance"인 미국 가특허 출원 번호 60/102,418호의 출원의 이익을 주장하는 1999년 9월 30일에 출원된 Michael J. Renn 등의 제목 "Laser-Guided Manipulation of Non-Atomic Particles"인 미국 특허 출원 번호 09/408,621호의 계속 출원인 2000년 5월 19일 출원된 Michael J. Renn 등의 제목 "Laser-Guided Manipulation of Non-Atomic Particles"인 미국 특허 출원번호 09/574,955호;
미국 출원 번호 09/408,621호의 부분계속 출원인 2000년 6월 1일 출원되어 현재 미국 특허 번호 제 6,636,676호로 등록된 제목 "Particles Guidance system"인 미국 특허 출원번호 09/584,997호;
미국 출원 번호 09/408,621호 및 09/584,997호의 부분계속 출원인 2002년 1월 30일에 출원된 Michael J. Renn의 제목 "Direct WriteTM System"인 미국 특허 출원 번호 10/060,960호; 그리고
미국 출원 번호 10/060,090호의 부분계속 출원인 2002년 2월 5일 출원된 Michael J. Renn의 제목 "Direct WriteTM System"인 미국 특허 출원번호 10/072,605호.
상기 모든 참조된 명세서 및 청구항들은 참조로서 본 명세서에 합체된다.
하기의 설명은 수많은 간행물 및 참고문헌을 참조함을 주목하자. 본 명세서에 상기 간행물에 대한 논의는 과학적 원리들의 보다 완전한 배경기술을 제공하기 위한 것이며, 이러한 간행물들을 특허성의 결정 목적인 종래 기술임을 허가하는 것으로 간주하여서는 안 된다.
다양한 기술들이 전자 물질들의 증착에 사용될 수 있지만, 후막 공정(thick film process) 및 박막 공정(thin film process)이 마이크로전자 회로들을 패터닝하는데 사용되는 2개의 주된 방법이다. 전자 구조들의 증착을 위한 후막 및 박막 공정들은 충분히 개발되었지만, 높은 공정 온도의 필요 또는 고가의 마스크 및 진공 챔버의 필요로 인해 제한 사항을 갖는다. 전형적으로, 후막 공정은 대략 500 내지 1000℃의 공정 온도를 요구한다. 박막 기술은 증착되는 물질 및 공정 유형에 따라 대략 400 내지 3000℃의 공정 온도를 사용한다. 본질적으로 높은 공정 온도 때문에, 후막 및 박막 기술들은 일반적으로 세라믹(ceramic), 유리(glass), 실리콘(silicon) 및 대략 400℃보다 높은 손상 임계 온도를 갖는 다른 타겟들상의 증착으로 제한된다.
현재, 200℃ 이하의 공정 온도를 필요로 하는 기술들이 저가의 플라스틱 타 겟들상으로의 전자 구조들의 증착을 위해 개발되었다. 플라스틱 타겟들 상에 트랜지스터들을 제조하기 위한 이러한 일 공정이 미국 특허 번호 제 5,817,550호에 개시되어 있으며, 여기서 물질 공정을 위해 필요한 온도를 생성하기 위해 펄스 레이저(pulsed laser) 공정 기술을 사용한다. 상기 레이저 펄스 듀레이션(duration)이 단기간 동안 지속되어, 상기 타겟의 유지 온도를 250℃이하로 제한한다. 플라스틱 타겟들 상에 트랜지스터를 제조하는 이러한 다른 공정은 미국 특허 번호 제 6,642,085호에 개시되며, 여기서는 미국 특허 번호 제 5,817,550호에 개시된 것과 유사한 펄스 레이저 공정 기술을 사용하지만, 타겟의 유지 온도를 120℃ 이하로 제한할 수 있다.
세라믹 유기 금속(metallo-organic) 박막을 형성하는데 사용되는 박막 공정은 미국 특허 번호 제 5,064,684호에 개시된다. 상기 공정은 타겟 상에 층을 형성하기 위해 액체 유기 금속 전구체 솔루션(solution)을 투사한다. 상기 증착물은 저온로 가열되어 비정질 층(amorphous layer)을 형성한다. 그 다음, 상기 공정은 국부 가열을 사용하여 선택된 영역을 고온으로 가열하여, 전기-광학적 특성을 구비한 다결정성(polycrystalline) 세라믹의 패터닝된 영역을 형성한다. 미국 특허 번호 제 6,036,889호에서, Kydd는 유기 액체 비클(liquid vehicle)에 유기 금속 분해 화합물 및 금속 분말의 혼합물을 사용하여 후막을 형성한다. 상기 화합물은 실크 스크리닝(silk screening)과 같은 증착 공정을 사용하여 타겟에 인가되며, 여기서 결합은 450℃ 미만의 온도에서 완료된다.
미국 특허 번호 6,379,745호에서, Kydd 등은 감온성 전자 타겟(temperature- sensitive electronic target) 상에 전기 전도체의 패턴을 생성하기 위해 증착될 수 있는 반응성 유기 매질(Reactive Organic Medium)(ROM)의 특정 특성의 금속 분말 또는 분말들을 갖는 조성을 개시한다. 상기 패턴은 타겟 손상을 피할 수 있을 만큼 충분히 저온에서 순수한 금속 전도체를 형성하기 위해 수초 동안 열적으로 경화될 수 있다.
전자 물질들의 증착을 위한 종래 방법들과 대조적으로, 예를 들면 일반적으로 본 출원의 소유인 미국 특허 공개 번호 203/0048314 및 2003/0228124에 개시된 M3DTM 공정은 진공 챔버, 마스크 또는 광범위한 포스트-증착 공정의 사용을 필요로 하지 않는 직접 프린팅 기술이다. 상기 M3DTM 공정은 물질 낭비가 거의 없거나 전혀 없이 다양한 물질들을 증착하는데 사용될 수 있고, 그리고 또한 저온 기판상에 고온 공정을 필요로 하지 않는 물질들을 증착하는데 사용된다. 이를 촉진하기 위해, 다양한 저온 잉크 시스템이 개발되었다. 이러한 잉크들은 전구체-기반(precursor-based), 나노미립자-기반(nanoparticle-based), 또는 이들 두 물질의 조합이다. 유기-금속 전구체 화학물질은 특정 장점을 갖는바, 이는 상기 전구체들이 150-250℃의 매우 저온 범위에서 분해하여 금속을 순수하게 할 수 있기 때문이다. 이러한 이유로, 상기 잉크는 수많은 플라스틱 상에 증착될 수 있고 그 다음 가열되어 금속으로 분해될 수 있다. 단점으로는 전구체 잉크의 금속 수율이 1-10% 범위로 전형적으로 낮다는 것이다. 상기 낮은 수율은 전체적인 증착 속도를 줄인다.
금속 나노미립자 또한 처리 온도를 급감시켰다. 이들의 높은 표면 에너지로 인해, 나노미립자들은 마이크로 크기의 미립자들보다 낮은 수백도 온도에서 융해될 것이다. 특히, 나노미립자 잉크들은 150-250℃ 범위에서 소결(sinter)함이 나타났다. 나노미립자 잉크들의 금속 수율은 10-50% 범위에 있으며, 이는 매우 효율적인 증착을 유도한다. 예를 들면, 상기 M3DTM 공정은 FR4 기판상에 상기 기판의 손상 없이 은을 증착하고 레이저 공정하는데 사용되었으며(150℃에서), 상기 FR4 기판은 200℃ 미만의 손상 임계 온도를 갖는다.
저온 잉크 개발에서 상당한 진전이 있었지만, 여전히 소결 온도는 수많은 일반적인 플라스틱의 연화 온도(softening temperature)보다 상당히 높다. 예를 들면 PMMA는 대략 100℃에서 연화하고 대부분의 나노미립자 및 전구체 잉크들은 상기 온도에서 전도성이나 연성을 띄게 되지 않는다. 또한, 증착되는 물질의 공정 온도가 타겟의 손상 임계치를 초과한다면, 타겟의 열적 손상을 방지하는 것은 불가능하지 않다면 어려운 일이다. 폴리머 타겟들에 과도한 열이 가해질 때 가능한 손상의 유형은 뒤틀림(warping), 휘발성 성분의 증발, 산화, 분해, 연소, 연화, 및 융해이다. 과도한 열이 가해질 때, 유리는 결정화 및 융해를 겪고, 그리고 금속들은 산화, 재결정화, 그레인 성장(grain growth), 역방향 경화(reversed hardening), 및 융해를 겪는다. 세라믹은 또한 물질 또는 전기적 특성들의 손실 또는 크래킹(cracking)을 야기하는 바람직하지 않은 상 변화(phase change)와, 휘발성 성분의 증발, 및 (옥사이드가 아닌 세라믹에 대해서) 산화를 겪는다. 예를 들면, 저온 기판상의 조밀화는 기판의 손상 임계치 이하의 온도에서 조밀화될 수 있는 물질들에 대해서만 달성될 수 있었다.
따라서, 타겟 또는 기판의 손상 임계치 근처 또는 그보다 높은 온도에서 물질들을 증착 및 공정하는 방법 및 장치가 필요하다.
본 발명은 타겟 상에 물질을 증착하는 방법 및 장치로서, 에어로졸 스트림을 생성하는 단계와, 에어로졸 제트를 사용하여 상기 타겟 상에 상기 에어로졸 스트림을 증착하는 단계와; 그리고 적어도 대략 상기 타겟의 손상 임계 온도만큼 높은 공정 온도에서 상기 물질을 획득하도록 레이저로 결과 증착물을 공정하는 단계를 포함하며, 여기서 상기 증착물의 결과적인 전기적 특성이 벌크 형태의 상기 물질의 전기적 특성과 유사하다. 상기 전기적 특성은 바람직하게 저항도를 포함하고 상기 타겟은 선택적으로 평탄하지 않다. 상기 손상 임계 온도는 바람직하게 200℃보다 작다. 상기 에어로졸 스트림은 바람직하게 액체 분자 화학적 전구체 그리고 콜로이드 또는 미립자 서스펜션들로 구성된 그룹들로부터 선택된 하나 이상의 물질들을 포함한다. 상기 에어로졸 스트림은 바람직하게 유기 금속 전구체; 콜로이드 금속 솔루션; 금속 페이스트; 세라믹 전구체; 세라믹 페이스트; 저항 전구체 솔루션; 저항 페이스트; 무기 반도체 서스펜션; 폴리머 전구체 솔루션; 금속, 유전체, 또는 저항 미립자들의 콜로이드 서스펜션, 및 상기 것들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 생성된 하나 이상의 물질들을 더 포함한다. 상기 에어로졸 스트림은 바람직하게 대략 10 미크론보다 작은 직경을 갖는 드롭릿 또는 미립자들을 포함한다.
상기 생성하는 단계는 바람직하게 초음파 변환 또는 공기압(pneumatic) 에어로졸화의 사용을 포함한다. 상기 에어로졸 제트는 바람직하게 환형 흐름을 포함하며, 바람직하게 내부 에어로졸-적재 흐름을 포함하고, 상기 내부 에어로졸-적재 흐름은 상기 내부 에어로졸-적재 흐름을 제한하는 외장 가스로 둘러싸여 있다. 상기 환형 흐름은 바람직하게 상기 에어로졸 스트림을 중규모 크기로 포커싱한다. 증착 피처 크기는 바람직하게 대략 4 미크론 이상이다. 상기 증착하는 단계는 바람직하게 상기 타겟 및 상기 에어로졸 스트림의 상대적인 이동을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 바람직하게 상기 증착하는 단계 전에 상기 에어로졸 스트림을 프리-공정하는 단계를 더 포함한다. 상기 프리-공정하는 단계는 바람직하게 상기 에어로졸 스트림의 가습화 공정과, 상기 에어로졸 스트림의 건조 공정과, 상기 에어로졸 스트림의 냉각 공정과, 상기 에어로졸 스트림의 제 1 성분의 증기 함유량을 증가시키는 공정과, 그리고 상기 에어로졸 스트림의 제 1 성분이 아닌 제 2 물질의 증기 함유량을 증가시키는 공정으로 구성된 그룹으로부터 선택된 공정을 포함한다.
상기 방법은 바람직하게 상기 공정하는 단계 전에 상기 증착물을 포스트-공정하는 단계를 더 포함한다. 상기 포스트-공정하는 단계는 바람직하게 열적 가열 공정과, 대기 압력을 줄이는 공정과, 전자기 방사선으로 조사하는 공정과, 그리고 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 공정을 포함한다. 상기 증착물은 선택적으로 상기 레이저로부터의 빔의 직경과 거의 동일한 폭이나 상기 레이저로부터의 빔의 직경보다 큰 폭을 갖는다. 상기 증착하는 단계 및 공정하는 단계는 바람직하게 동시에 수행된다. 상기 공정하는 단계는 바람직하게 화학적 분해 공정, 중합 반응 공정, 소결 공정, 및 융해 공정으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 공정을 포함한다. 상기 타겟은 바람직하게 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리메틸 메타크리레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에스테르, 및 다양한 에폭시로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질을 포함한다. 상기 레이저는 바람직하게 다이오드 레이저를 포함한다. 상기 레이저의 전력은 바람직하게 대략 10mW이다. 상기 레이저는 바람직하게 연속파모드 또는 펄스파모드를 포함한다. 상기 펄스파모드의 에너지는 바람직하게 수 μJ이다. 상기 공정하는 단계는 바람직하게 렌즈 및 거울 시스템과 광섬유 중 어느 하나 또는 이들을 모두 사용하여 레이저 빔을 상기 타겟에 전달하는 단계를 포함한다. 상기 레이저 빔은 선택적으로 상기 에어로졸 스트림과 별개로 상기 타겟에 전달되며, 이에 따라 증착 및 레이저 공정이 순차적으로 이루어진다.
본 발명의 목적은 감열성 타겟 또는 기판에 중규모 구조의 증착을 위해 마스크리스 비접촉 공정을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 소정의 패턴으로 에어로졸 스트림을 포커싱하고 증착하기 위해 에어로졸 제트를 사용하여 감열성 타겟 상에 중규모 구조를 증착하는 공정을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 벌크 물질의 물리적 및/또는 전기적 특성에 근접한 물리적 및/또는 전기적 특성을 달성하기 위해 증착 물질의 레이저 공정 처리를 제공하는 것이다.
본 발명의 장점은 전도체, 반도체, 절연체, 및 저항성 및 유도성 구조들을 포함하지만, 이들에 제한되지는 않는 물질을 증착하는데 사용될 수 있다는 점이다.
본 발명의 다른 장점은 플라스틱, 세라믹, 에폭시 및 생체 조직(biological tissue)를 포함하지만 이들에 제한되지 않는 낮은 손상 임계 타겟 물질들 상에 증착이 이루어진다는 점이다.
본 발명의 다른 장점은 필요한 구조가 평탄하거나 평탄하지 않은 타겟상에 증착될 수 있다는 점이다.
본 발명의 다른 목적, 장점 및 신규한 피처, 그리고 응용가능성 범위는 그 일부가 첨부된 도면들과 함께 하기의 상세한 설명에서 기술될 것이고, 그리고 일부는 하기의 설명을 숙지함으로써 기술분야의 당업자에게 명백해지거나 또는 본 발명의 실시로부터 습득될 것이다. 본 발명의 목적 및 장점은 첨부된 청구항에서 특히 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현되고 달성될 것이다.
도 1은 공기압 에어로졸라이저(pneumatic aerosolizer)와 함께 도시된, M3DTM 시스템의 주요 구성의 도면이다;
도 2는 M3DTM 증착 모듈의 도면이다;
도 3은 종래의 가요선(flex) 회로 제조에 사용되는 단계와 동일한 애플리케이션을 위해 M3DTM 공정에서 사용되는 단계를 도시하는 플로우 챠트이다;
도 4는 상기 M3DTM공정을 사용하여 제조되는 인덕터의 현미경사진이다;
도 5는 인덕턴스 곡선을 도시한다;
도 6은 열전기쌍 접합(thermocouple junction) 및 도선(lead wire)들의 교차부분의 현미경 사진이다;
도 7은 M3DTM 제조 열전기쌍에 대한 조정 곡선을 도시한다;
도 8a 및 8b는 폴리카보네이트(polycarbonate) 상의 소결된 은 라인(sintered silver line)의 현미경사진이다; 그리고
도 9는 PMMA 기판상의 레이저 처리된 은 상호접속부(silver interconnection)의 현미경사진이다.
본 발명은 감열성 타겟들 상으로 다양한 물질들의 중규모 구조들의 마스크리스, 비접촉(non-contact) 직접 프리팅 방법을 제공한다. 물질 증착은 바람직하게 M3DTM 에어로졸-제트 장치(aerosol-jetting device)를 사용하여 달성되며, 이는 환형으로 흐르는 에어로졸 제트(annularly flowing aerosol jet)를 통해 타겟으로 전달되는 에어로졸화 스트림을 사용한다. 상기 방법은 바람직하게 에어로졸-제트된 물질을 그의 최종 상태로 가열하기 위해 저전력 레이저 방사를 사용한다. M3DTM 공정을 레이저 공정과 결합하는 것은 감온성 애플리케이션으로 상기 기술의 이용을 확장하며, 여기서 상기 증착된 물질을 처리하는데 필요한 온도는 상기 타겟의 열적 손상 임계치에 근접하거나 이를 초과한다. 상기 공정은 물질 낭비 없이 또는 거의 물질 낭비를 하지 않으면서 정밀하고 선택적인 증착을 할 수 있도록 한다. 툴로부터 타겟까지 격리 거리를 대략 5mm만큼으로 하여, 레이저 공정 및, 식각 또는 린싱 (rinsing)과 같은 후속 물질 제거 공정으로 대략 1 미크론(micron)의 위치상의 정밀도가 달성된다.
명세서 및 청구항 전반을 통해 사용되는 바와 같이, 감열성 공정은 증착된 물질의 공정, 즉 증착된 물질을 필요한 상태로 만드는데 필요한 온도가 타겟의 손상 임계치에 근접하거나 이를 초과하는 모든 공정을 의미하며, 여기서 상기 타겟은 그 손상 임계치 이상으로 전체적으로 가열되지는 않는다. 전형적으로, 이러한 타겟들은 낮은 손상 임계치를 갖는다. 감열성 공정은 광범위한 온도를 갖는다.
감열성 물질에 대한 레이저 공정의 기본적인 설명
M3DTM 증착 구조의 레이저 공정은 물질의 고도의 국부적인 공기역학적 증착을 고도의 국부적인 에너지원과 결합하여 증착된 라인의 폭과 거의 동일한 직경으로 레이저 방사를 포커싱할 수 있고, 물질 형성이 레이저 파장(wavelength)에서 고도로 흡수하도록 하고, 나노미립자 서스펜션을 증착하고, 그리고 단 펄스로 또는 증착물을 급속으로 스캐닝함으로써 레이저 에너지를 전달하는 능력을 제공하여 타겟에 대한 손상이 거의 없거나 전혀 없이 감열성 타겟들로의 다양한 물질들의 공정을 가능하게 한다.
본 발명은 상온에서 물질을 증착할 수 있다. 이들 물질들 중 대다수는 상온에서 경화할 수 있다. 본 발명에 의해 제공되는 일 장점은 중규모 범위(1 내지 1000 미크론)에서 패턴에 물질들을 높을 수 있는 능력이다. 만약 상기 물질이 열적 포스트 처리가 필요하다면, 상기 증착 후에 레이저 처리가 뒤따를 수 있다. 레이저 빔은 상기 물질의 고도의 국부적인 열적 및 광자적(photonic) 처리를 제공한다. 상기 레이저 빔은 하부 기판에 영향을 주지 않으면서 증착 후에 상기 증착된 물질만을 처리할 수 있다.
일부 다른 기존의 증착 디바이스들과 달리, 본 발명은 증착 공정 동안에 다양한 기판 처리를 가능하게 한다. 본 발명의 대안적인 실시예는 레이저 조명에 의해 또는 대기온도를 증가시킴으로써 상기 기판을 가열할 수 있다. 상기 기판은 또한 대기온도를 낮춤으로써 증착 동안에 냉각될 수 있다. 다른 대안적인 처리 단계는 레이저를 이용한 광활성화(photoactivation), 적외선 광에 의한 방사(irradiation), 또는 아크 램프(arc lamp)에 의한 조명을 포함한다. 다른 기판 처리는 워싱(washing) 또는 린싱 공정을 포함한다.
전형적인 후막 기술들은 상기 공정을 높은 온도 기판으로만 제한하면서 400℃ 바로 이상에서 연소되어야만 하는 물질들을 증착한다. 그러나, 본 발명은 물질들을 감열성 기판들 상에 증착하고, 그리고 열적 또는 레이저 공정을 사용하여 초기 전구체 화학물질의 특성 또는 국부적인 레이저 가열에 의해 필요한 특성들을 얻을 수 있다. 특히, 본 발명은 전자 물질들을 높은 온도 오픈 연소를 견딜 수 없는 저가의 폴리머 기판상에 증착할 수 있다.
일단 상기 물질들이 증착되면, 이들은 필요한 전기적 및 기계적 특성들을 생성하도록 선택적으로 포스트 처리된다. 이는 사용되는 증착 물질과 기판 조합에 따라 열적으로 또는 레이저 공정 단계에 의해 수행될 수 있다.
본 발명은 후막 및 박막 사이의 중규모 체제의 영역을 채우는 마스크리스 증 착 공정을 포함한다. 본 발명은 평탄한 기판 및 곡면 기판 모두의 기판상에 정교한 형태로 다양한 물질들을 증착할 수 있다. 상기 물질들은 상업용 페이스트(paste) 또는 주문형 낮은 연소점 잉크(low-fire ink)일 수 있다. 레이저 공정은 상기 물질들이 감열성 폴리머들 상에 조밀화되도록 한다.
본 발명은 광범위한 애플리케이션들에 적용될 수 있다. 곡면 및 계단 모양의 표면 위에 정밀한 라인들을 증착할 수 있는 능력은 IC 칩과 PWB 사이에 상호접속부 도선을 쓰기 함을 애플리케이션들에 제안한다. 다양한 물질들을 증착할 수 있는 능력은 애플리케션들에 다중층 소자들뿐 아니라 일단 상기 소자들이 형성되면 상기 컴포넌트(component)들을 인캡슐화하는 것을 제공한다. 감열성 기판상에서 물질들을 연소하는 능력은 별개의 컴포넌트들이 폴리머들 상에 직접 쓰기되도록 한다. 이러한 특징들은 전자 제조자들에 대해 엄청난 새로운 능력과 자원을 제공한다.
M 3 D TM 장치를 사용하는 증착 기술
본 발명에서 사용되는 증착 기술은 마스크리스 중규모 물질 증착(maskless mesoscale material deposition)(M 3 D TM)이다. 상기 기술은 대략 4 미크론만큼 작은 피처(feature)들을 증착하기 위해 환형 흐름 에어로졸 제트를 사용한다. 상기 제트는 내부 흐름을 제한하고 포커싱하는 외장(sheath) 가스 흐름에 의해 둘러싸인 내부 에어로졸-적재 흐름(aerosol-laden flow)으로 구성된다. 상기 두 개의 흐름들은 또한 유체들로 구성된다. 출구 관(orifice) 직경의 1/10으로 에어로졸 스트림을 포커싱하는 것은 상기 관으로부터 대략 5mm까지의 거리들에서 나타난다. 상기 관 직 경은 바람직하게 100-500 미크론의 범위이다.
에어로졸화가 수개의 방법을 사용하여 달성될 수 있지만, 대부분의 일반적인 실시예에서, 상기 에어로졸 스트림은 바람직하게 도 1에 도시된 바와 같이 초음파 변환기(ultra sonic transducer) 및/또는 공기압 분무기(22)를 사용하여 샘플을 에어로졸화 함으로써 형성된다. 상기 에어로졸 스트림은 바람직하게 액체 분자 화학적 전구체 및/또는 콜로이드 또는 미립자 또는 나노미립자 서스펜션으로 구성된다. 이것들은 바람직하게 유기 금속 전구체; 콜로이드 금속 솔루션; 금속 페이스트; 세라믹 전구체; 세라믹 페이스트; 저항 전구체 솔루션; 저항 페이스트; 무기 반도체 서스펜션; 폴리머 전구체 솔루션; 금속, 유전체, 또는 저항 미립자들의 콜로이드 서스펜션, 또는 이와 유사한 것들, 또는 상기 것들의 조합을 더 포함한다.
실질적으로 의도되는 애플리케이션에 따라 레이저 가열에 대해 적당한 임의의 물질(즉, 공정에 의해 파괴되지 않을 물질)이 본 발명의 실행에 있어 원료로 사용될 수 있다. 본 발명을 제한함이 없이, 바륨 티탄산염(barium titanate) 또는 실리콘 다이옥사이드(silicon dioxide)와 같은 유전체 물질과, 루테늄산염(ruthenates)과 같은 저항성 물질과, 은+바륨 티탄산염과 같은 금속 유기 화합물과, 은, 구리, 또는 금과 같은 전도성 물질과, 실리콘, 게르마늄, 또는 갈륨 나이트라이드(galliumnitride)와 같은 반도체성 물질과, MnZn 및 FeZn과 같은 자기 물질(magnetic material)과, 알루미나(alumina) 또는 지르코늄 디보라이드(zirconium diboride)와 같은 세라믹과, 그리고 서메트(cermet)가 모두 증착될 수 있다. 사용되는 전구체 용제 또는 서스펜딩(suspending) 유체는 목적 물질과의 적합성에 근거 하여 바람직하게 선택된다.
상기 M 3 D TM 장치는 바람직하게 액체 화학적 전구체 또는 콜로이드 또는 미립자 서스펜션들을 에어로졸화하는 상위 모듈(upper module)과, 결과 에어로졸을 똑바로 향하게 하고, 포커싱하고 그리고 증착하는 증착 모듈과, 레이저 방사를 전달하고 포커싱하는 레이저 모듈(10)과, 그리고 상기 공정 파라미터들을 모니터링하고 제어하는 제어 모듈을 포함한다. 도 2에 상세하게 도시된 상기 M 3 D TM 증착 모듈은 바람직하게 버추얼 임팩터(virtual impactor)(24)와, 흐름헤드(flowhead)(12)와, 그리고 기계적 셔터(28)를 갖는 물질 셔터 어셈블리(26)를 포함한다. 공기압 원자화(pneumatic atomization)가 사용될 때, 상기 에어로졸 스트림은 바람직하게 버추얼 임팩트(24)에 의해 공정되며, 이는 에어로졸이 부유하여 운반되는 가스의 부피를 줄인다. 초음파 원자화기의 경우에, 상기 에어로졸-적재 캐리어 가스는 바람직하게 버추얼 임팩터(24)를 회피하고, 그리고 에어로졸화 공정 후에 즉각적으로 흐름헤드(12)에 들어간다. 상기 캐리어 가스는 바람직하게 압축 공기 또는 불활성 가스(inert gas), 또는 이들 양자를 포함하고, 그리고 용제 증기를 포함할 수 있다. 흐름 제어기는 바람직하게 에어로졸화 스트림의 질량 처리량(mass throughput)을 모니터하고 제어한다.
상기 에어로졸화 스트림은 바람직하게 상기 장치에 실장된 가열기 어셈블리(16)의 에어로졸 입구(20)를 통해 흐름헤드(12)로 들어가고, 그리고 바람직하게 흐름헤드(12)의 세로축의 관 중심을 통해 흐르도록 조준된다. 가열기 어셈블리(16)는 바람직하게 에어로졸 물질을 가열하여 용제를 제거하거나 또는 상기 샘플의 점도를 수정하는데 사용된다. 상기 에어로졸 스트림은 드롭릿(droplet) 또는 미립자로 나오고 그리고 바람직하게 외장 가스에 의해 둘러싸여 부유하여 운반된다. 상기 외장 가스는 압축 공기 또는 불활성 가스, 또는 이들 양자를 포함하며, 그리고 선택적으로 용제 증기 내용물 또는 유체를 포함한다. 상기 외장 가스는 바람직하게 상기 에어로졸 입구(20) 아래의 가열기 어셈블리(16) 상에 위치하는 외장 공기 입구(18)를 통해 들어가고, 그리고 바람직하게 다수개의 내부 포트들을 통해 흐름헤드(12)의 하위 부분으로 들어가, 상기 에어로졸 스트림을 둘러싸는 환형 흐름을 형성한다. 상기 두 개의 스트림들은 타겟에 똑바로 향해 있는 제 2 관을 통해 챔버로부터 나간다. 상기 외장 가스는 미립자들이 관 벽으로 증착되는 것을 방지하기 위해 경계층을 형성한다. 환형 흐름은 타겟에 똑바로 향해 있는 노즐을 통해 흐름헤드(12)를 나간다. 이러한 환형 구성은 에어로졸 스트림을 대략 관 직경 크기의 1/5 내지 1/10으로 포커싱하여, 대략 4 미크론만큼 작은 치수를 갖는 타겟 상에 피처들을 증착할 수 있도록 한다.
시스템의 흐름헤드와 타겟 사이의 격리 거리는 전형적으로 3 내지 5mm여서, 비평탄 표면상으로의 증착을 가능하게 한다. 패턴들은 바람직하게 CAD-기반 Virtual MaskingTM(VMToolTM) 소프트웨어 애플리케이션을 사용하여, 고정된 흐름헤드(12) 아래에 위치한 컴퓨터-제어 타겟 플래튼(platen)을 이동시킴으로써 쓰기된다. 대안적으로, 상기 타겟을 고정된 위치에 유지하면서 흐름헤드(12)를 컴퓨터 제어하 에서 이동시키거나, 도는 흐름헤드(12)와 타겟 모두를 동시에 이동시킬 수 있다. VMToolTM과 같은 소프트웨어는 바람직하게 필요한 회로 및 소자들을 프린팅하기 위한 툴패스(toolpath)를 정의한다.
물질 공정 방법
본 발명의 바람직한 실시예에서, 증착 물질은 적어도 하나의 레이저로 공정된다. 본 발명에 따르면, 증착 물질은 벌크 물질의 것과 유사한 물리적, 광학적, 또는 전기적 특성들을 달성하기 위해 상기 증착물이 필요한 상태가 되로고 상기 타겟이 손상 임계치보다 높은 온도에서 공정되지만, 바람직하게 하부 타겟에 대한 어떠한 물리적, 화학적, 광학적 변화, 또는 다른 손상을 입히지 않거나 거의 입히지 않는다. 상기 공정은 화학적 분해, 중합반응(polymerization), 소결, 융해, 또는 이와 같은 것을 포함한다. 타겟 물질들은 낮은 손상 임계 온도를 갖는 모든 물질을 포함할 수 있으며, 폴리머, 유리, 금속, 다양한 에폭시(epoxy), 및 세라믹들을 포함하지만, 이들에 제한되지 않으며, 더욱 상세하게 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate)(PET), 폴리메틸 메타크리레이트(PMMA), 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene)(Teflon®), 및 폴리에스테르(polyester)와 같은 물질을 포함한다.
본 발명의 실행에 있어, 적당한 레이저 파라미터들을 사용함으로써, 상기 타 겟은 그 전체적인 특성들에 영향을 주지 않으면서 그 손상 임계치 이상으로 국부적으로 가열될 수 있다. 게다가, 많은 경우에 상기 국부적인 가열은 타겟으로의 증착 물질의 접착력을 개선한다. 기존의 방법과 달리, 본 발명은 타겟의 손상 임계치보다 대략 50℃ 이상 높은 온도까지의 온도에서 증착물을 공정한다. 본 발명의 레이저 처리를 이용하여, 낮은 융해점 플라스틱 상에서 잉크를 소결할 수 있게 된다. 증착물의 크기는 후막과 박막 공정 사이의 갭을 브리징(bridgeing)하며, 중규모 범위로서 수 미크론으로부터 대략 1mm가지 변할 수 있다.
증착 물질을 필요한 상태로 공정하는데 필요한 레이저 전력을 낮추어 타겟으로의 열 손상을 줄이기 위해, 에어로졸 스트림은 선택적으로 증착 전에, 가장 일반적으로 에어로졸의 흐름헤드로의 도입 전에 공정된다. 상기 선-공정(pre-processing) 단계는 용제 또는 서스펜딩 매질 증기 함유량 증가, 부분적 분해, 가습(humidifying), 건조, 가열, 또는 에어로졸, 캐리어 가스 및/또는 외장 가스의 냉각 공정들을 포함하지만, 이들에 제한되지 않는다. 상기 타겟은 선택적으로 증착 전에 바람직하게 가열기, 적외선 램프, 또는 고전력 다이오드 레이저를 통해 가열함으로써 조절된다. 상기 증착 패턴은 또한 레이저 처리 전에 선택적으로 포스트-공정될 수 있다. 포스트-공정은 선택적으로 대기 또는 줄어든 압력 환경에서 상기 증착물을 열적으로 가열하거나, 상기 증착물을 전자기 방사선으로 조사하거나, 또는 이들의 조합을 포함한다. 상기 선택적 단계 공정은 바람직하게 전구체 용제 또는 미립자 서스펜딩 유체의 용제 또는 다른 잔존하는 휘발성 성분들을 제거하도록 수행된다. 건조가 필요한 때, 바람직하게 상기 증착물이 그 유체 특성들을 보유하 도록 수행하여, 상기 에어로졸 드롭릿의 연속적인 구조로의 습윤(wetting) 및 합체가 달성된다. 이러한 방식으로, 용제의 가열 및 기화에 필요한 레이저 에너지의 양이 줄어든다. 대안적으로, 에어로졸 스트림의 증착 및 공정이 선택적으로 동시에 수행된다.
사용되는 공정 레이저의 유형은 다양할 것이며, 그리고 증착물 및 타겟의 광학적 및 열적 특성들에 따른다. 상기 레이저 전력은 대략 10mW(miliwatt) 만큼 작아서, 저가의 다이오드 레이저를 사용할 수 있도록 한다. 상기 레이저는 연속파모드(continuous wave mode) 또는 펄스파모드(pulsed wave mode)를 포함한다. 상기 펄스파모드는 선택적으로 수μJ(several microjoule) 만큼 낮은 에너지를 포함할 수 있다. 상기 레이저 빔은 바람직하게 상기 핌을 포커싱 렌즈로 조준하고 라우팅하는 일련의 미러(mirror) 및 렌즈들을 사용하여 상기 타겟에 전달된다. 상기 빔은 바람직하게 광섬유를 사용하여 전달되며, 여기서 상기 레이저 빔은 적당한 광섬유로 발사되고 상기 광섬유를 통해 상기 포커싱 렌즈로 전달된다. 상기 레이저 방사선은 바람직하게 1미크론보다 작은 스폿(spot) 크기로 방사된다. 레이저 빔 프로파일의 수정이 감열성 타겟상의 물질 공정을 용이하게 한다. 상기 레이저 빔은 바람직하게 상기 타겟상으로 절단되고(truncated) 포커싱되기 전에 확장되고 조준된다. 상기 빔의 확장은 포커스된 스폿 크기를 줄이고 절단(truncation)을 돕기 위해 수행된다. 상기 빔의 절단은 상기 빔 프로파일을 가로지르는 레이저 프로파일을 가로질러 레이저 전력에서의 본질적인 가우스 변분(Gaussian variation)을 최소화한다. 상기 절단 단계는 타겟의 이동에 수직한 방향에서 증착 라인의 가열을 더욱 균일하 게 하고, 그리고 상기 증착물의 경계에서 타겟 손상을 줄이는데 일조한다.
레이저 방사가 증착물에 의해 흡수되고 상기 타겟에는 흡수되지 않도록, 상기 레이저의 파장이 바람직하게 선택된다. 즉, 이상적으로 상기 레이저의 파장에서 상기 증착물은 흡수력이 매우 크며 상기 타겟은 투과성 매우 큰 것으로서, 즉 투명한 또는 거의 투명한 것이다. 본 실시예에서, 상기 물질은 소결되고, 분해되고, 또는 다른 방법으로 공정되고, 그리고 상기 타겟에 전달되는 대부분의 열은 상기 증착물/타겟 경계를 통해 전도하는 열이다. 다른 실시예에서, 상기 타겟 물질은 레이저 파장에서 매우 흡수력이 크고, 상기 증착물은 흡수력이 약하다. 이러한 경우에, 상기 증착물은 타겟/증착물 경계로부터의 열 에너지의 전도를 통해 가열된다. 상기 전자의 경우가 감열성 타겟의 레이저 공정에 대해 이상적이다. 일반적인 애플리케이션들에서, 상기 타겟 및 증착물 모두에 의한 레이저 방사선의 흡수가 발생한다.
상기 레이저는 흐름헤드를 통해 상기 타겟으로 선택적으로 전달된다. 상기 레이저 에너지는 대안적으로 상기 흐름헤드의 위치와는 다른 위치에서 상기 타겟에 전달되어, 일련의 공정이 증착 및 레이저 공정을 위해 사용된다. 대안적인 실시예에서, 증착 및 레이저 공정이 동시에 수행되어 수 미크론보다 큰 두께로 구조들을 증착하거나, 또는 수 미크론 내지 수mm 범위의 높이로 3차원 구조물을 형성한다. 동시 증착 및 레이저 공정은 또한 타겟 층들 사이의 비아(via)들을 형성하기 위해 사용된다. 동시 증착 및 레이저 공정의 경우에, 상기 레이저는 바람직하게 흐름헤드 축을 따라 향해 있고, 상기 흐름헤드 관으로부터 나오며, 그리고 플라이트(flight) 도중 및 상기 타겟상으로의 증착 후에 상기 에어로졸을 가열한다.
대안적인 실시예에서, 상기 레이저 방사선은 선택적으로 상기 타겟 표면에 평행하게 전달되어, 상기 타겟의 레이저 가열 없이 상기 에어로졸의 인플라이트(in-flight) 공정이 가능하게 된다. 상기 에어로졸 미립자들은 플라이트 중에 충분한 시간 기간 동안에 충분한 세기의 레이저에 노출함으로써, 부분적으로 또는 전체적으로 증착되거나, 선택적으로 융해될 수 있다. 노출 시간은 원재료 속도를 늦춤으로써 및/또는 원재료가 통과하는 레이저의 면적을 증가시킴으로써 증가될 수 있다. 일부 예에서, 공통 교차 영역을 갖는 다수의 레이저 빔들을 사용하는 것이 바람직하다. 바람직하게 플라이트 중에 원재료에 충분한 에너지가 전해져, 상기 기판 또는 증착 원재료에 상당한 경계 손상을 야기하지 않으면서, 상기 원재료가 증착되고 상기 기판으로의 접착성을 개선할 수 있는바, 즉, 상기 가판의 충분한 주변 가열을 제공함으로써 상당한 정도의 표면 변형 없이 접착성을 개선한다. 본 실시예는 바람직하게 상기 타겟 표면상의 용해된 웅덩이를 형성할 필요를 줄이거나 제거한다. 이는 증착 기판들로 사용될 수 있는 물질의 범위를 확장한다. 본 실시예에 따라 증착 전에 미립자들을 융해하는 것은 제조 구조 내에 함유된 잔존 스트레스(stress)를 줄여서, 비슷하지 않은 물질들 상으로 증착될 물질들의 범위를 확장한다. 게다가, 증착 가능한 미립자의 충돌 특성들은 열적 스프레이 공정과 유사하게 행동할 것이며, 여기서 기판 표면의 수축은 충돌로 인해 흩어진 미립자 드롭릿로 인한 외부를 향하는 힘에 의해 중화된다.
상기 증착 패턴 또는 구조는 바람직하게 대략 레이저 빔의 직경과 동일한 필요한 폭을 포함하며, 상기 타겟의 직접 조사가 제한되거나 완전히 제거된다. 이러 한 경우에, 만약 필요한 폭보다 더 많은 물질이 증착된다면, 레이저 공정 후에 식각 또는 린싱과 같은 공정에 의해 여분의 공정되지 않은 증착 물질이 제거될 수 있다. 상기 증착물의 필요한 폭은 대안적으로 레이저 빔의 직경보다 크다. 예를 들면, 본 발명은 레이저 빔의 직경보다 크 치수를 가진 물질 막을 증착하는데 사용될 수 있다. 이러한 경우에, 상기 레이저 빔은 특정 구조를 패터닝하기 위해 상기 증착물의 필요한 영역 위를 래스터(raster)하거나, 또는 전방 및 후방으로 스캔하고, 그리고 공정되지 않은 물질은 상기 타겟으로부터 제거된다. 어떤 경우에도, 예를 들면 화학적 분해 또는 소결 동안에 상기 증착물의 어느정도의 수축은 발생한다. 그러나, 상기 증착물의 최종 치수는 대부분 증착 질량 플럭스(mass flux), 타겟 속도, 및 증착 물질의 유체 특성들에 의해 결정된다.
M 3 D TM 애플리케이션 예시
예시 1: 분자 화학적 전구체의 레이저 공정
액체 전구체-기반 물질의 경우에, 레이저 처리는 상기 증착물의 온도는 분해 또는 경화 온도까지 상승시키는데 사용된다. 이러한 공정에서, 화학적 분해 또는 교차결합(cross linking)이 레이저 에너지의 입력으로 인해 발생하여, 상기 전구체의 분자 상태가 변한다. 분자 상태의 변화는 전구체 물질이 그 필요한 물질로 변환하도록 한다. 전형적으로, 분해 공정은 또한 가스 부산물의 방출을 필요로 한다. 다양한 타겟상의 전구체 증착물의 레이저 공정은 상기 타겟으로의 손상을 야기 없이 이루어질 수 있다.
예시 2: 미립자 서스펜션 및 상업용 페이스 및 잉크
감열성 타겟상의 미립자 서스펜션들의 레이저 소결이 또한 본 발명으로 가능하다. 소결 공정에서, 개별 미립자들을 융해함이 없이 고체의 결합된 매스(mass)가 생성된다. M3DTM 공정은 낮은 융해점 유리 및 금속, 유전성, 저항성, 또는 강자성 물질들과 같은 낮은 그리고 높은 융해점 미립자들로 구성된 두 개 성분 페이스트의 선택적인 소결이 가능하다.
레이저 공정이 상업용 저항 및 전도체 페이스트를 소결하는데 사용되고, 그리고 유전체 및 강자성체와 같은 다른 전자 물질들을 위한 페이스트들을 소결하는데 또한 사용될 수 있다. M3DTM 증착 공정에서, 전형적으로 100,000 센티푸아즈(centipoise) 이상의 점도를 갖는 상업용 페이스트는 증착을 위해 바람직하게 적당한 용제에서 희석되고 공기압으로 에어로졸화된다. M3DTM-증착 상업용 잉크의 레이저 소결은 또한 플라스틱 상 및 대략 100℃의 손상 임계치를 갖는 다른 감열성 타겟들 상에서 달성될 수 있다. M3DTM 방법 및 레이저 소결을 사용하여 공정되는 상업용 잉크는 전형적으로 수백 nm 내지 수 미크론 범위의 미립자 직경을 갖는 서스펜션들로 구성된다. 상기 잉크는 전도성, 저항성, 및 유전성 제형(formulation)들을 포함하지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
예시 3: M3DTM-증착 나노미립자 잉크들의 레이저 소결
M3DTM-증착 나노미립자 잉크들의 레이저 소결은 또한 감열성 타겟들 상에 금속 라인을 형성하는데 사용되었다. 레이저-소결 나노미립자 증착물은 바람직하게 벌크 금속의 저항도와 근접한 저항도를 나타낸다. 벌크 저항도로의 M3DTM-증착 나노미립자의 레이저 소결은 100mW 이하의 가시광선 또는 자외선 레이저 방사선으로 달성될 수 있다. 만약 잉크의 흡수가 레이저의 파장으로 맞추어진다면, 적외선 레이저 방사선은 또한 나노미립자들의 레이저 소결에 대해 사용될 수 있다.
나노미립자 잉크는 바람직하게 유체 형태로 증착되어, 미립자 서스펜션이 유지되고, 그리고 그 다음 레이저는 상기 증착물 위를 스캔하여 개별 미립자들을 소결한다. 나노미립자 잉크의 동시 증착 및 소결은 순차적인 증착과 분해 공정을 사용하여 증착된 라인들보다 더 두꺼운 라인들을 증착하는데 사용된다. 나노미립자 잉크의 동시 증착 및 소결은 또한 감열성 타겟들 상에 3차원 마이크로구조를 형성하는데 사용될 수 있다.
예 시 4: 플라스틱과 유리 상의 TFT 제조
일 실시예에서, 본 발명은 대략 100 내지 150℃의 손상 임계치를 가지는 플라스틱 타겟들 상에 박막 트랜지스터를 제조하기 위해 사용되었다. 특히, 본 발명은 PET, PEN, 폴리카보네이트, 폴리에테르에터케톤(polyetheretherketone)(PEEK), 및 폴리에스테르와 같은 유연한 타겟들 상에 유기 박막 트랜지스터(OTFT's)의 솔루션-기반 제조를 위해 사용될 수 있다. OTFT's를 제조하기 위해 M3DTM 공정의 애플리케이션이 또한 유리 타겟들에 확장될 수 있다. 본 공정은 OTFT 제조를 위해 필요한 금속화뿐 아니라 유기 반도체를 증착 및 공정할 수 있다. 본 발명은 또한 소스 및 드레인 전극들, 게이트 전극, 그리고 게이트 절연체를 증착하는데 사용될 수 있다. 대략 4 미크론뿐 아니라 채널 길이가 형성될 수 있다. 채널 길이에 대한 채널 폭의 비율은 가장자리 효과(fringe effect)의 발생을 줄이기 위해 10 이상으로 보유된다. 다른 구성들은 인듐-주석 옥사이드(indium-tin oxide)(ITO) 게이트 및 폴리이미드(polyimide) 절연 층을 포함한다. 거의 벌크 저항도를 갖는 OTFT 전극 제조를 위해 증착될 수 있는 금속들은 팔라듐(palladium), 금, 및 이들의 합금을 포함하지만 이들에 제한되지 않는다. 각각의 경우에, 전도체 또는 반도체 물질이 M3DTM 흐름헤드를 사용하여 증착되고 그 다음 레이저 처리 또는 열적 가열을 사용하여 필요한 상태로 공정된다. 본 발명은 펜타센(pentacene) 전구체와 같은 유기 반도체 물질의 솔루션-기반 증착을 수행하는데 사용될 수 있으며, 이는 트랜지스터 반도체 매질을 형성하도록 공정될 수 있다.
게다가, 상기 M3DTM 공정은 유리와 플라스틱 디스플레이에 대한 요구되는 전기적 상호접속부와 OTFT 후면 모두를 제조하는데 사용될 수 있다. 플라스틱 상에 상호접속부들을 제조하기 위한 일반적인 하나의 기술은 벌크 금속의 저항도보다 적어도 수천 배 높은 저항도를 갖는 전도성 폴리머들을 사용한다. 상기 M3DTM 공정은 대조적으로 벌크 금속의 저항도와 근사한 저항도를 갖는 5 내지 10 미크론 너비의 은 상호접속부를 플라스틱 타겟들 상에 증착할 수 있다.
본 발명은 또한 비정질 실리콘 잉크와 레이저 포스트-증착 공정을 사용하여 다양한 타겟상에 무기 박막 트랜지스터를 제조하는데 사용될 수 있다.
예시 5: 평판 디스플레이 복구
본 발명은 유리 및 플라스틱 평판 디스플레이(Flat Panel Display)(FPD) 회로소자의 결함을 복구하는데 사용될 수 있다. FPD 제조, 운송 또는 취급 동안에, 상호접속 라인들, 버스라인들, 또는 신호들을 디스플레이 회로소자로 라우팅하는 임의의 전도성 경로를 형성하는 금속 구조들 상에 전기적 오픈(open)이 발생한다. M3DTM 공정을 사용하여, 전도성 도형(trace)에서의 갭은 금속 전구체, 금속 나노미립자 잉크, 또는 이와 유사한 것, 또는 이들의 조합을 증착함으로써 오픈 회로 사이에 전기적 상호접속부를 형성하여 복구될 수 있다. 그 다음, 증착 물질은 국부 또는 광역 가열 공정을 사용하여 그 최종 상태로 분해 또는 소결되며, 상기 가열 공정은 레이저 방사로 상기 증착물의 조사, 발산 또는 포커싱된 비-레이저(non-laser) 방사로 조사, 또는 가열로에서 상기 증착물의 가열을 포함한다. FPD 회로소자에서 금속 구조들을 복구하는 기술은 공백의 타겟 상에 금속 구조들을 증착하는 것과 상당히 다르다. 특히, FPD 복구 애플리케이션에서, 기존 라인의 종단부 및 증착 구조의 접합에서 불충분한 물질 증착, 크래킹, 또는 조악한 접착성이 일어나지 않게 하기 위해 상기 물질을 증착 및 공정하는데 주의가 필요하다. 불충분한 물질 증착은 증착 물질의 점도가 너무 낮아서, 상기 타겟상으로 물질이 흘러 결함 영역에 충분한 높이로 증착될 수 없을 때 일어난다. 크래킹 및 조악한 접착성은 초과량의 물질이 결함 영역, 특히 오픈 라인의 종단부 및 새로 증착된 구조의 접합에 인 가된 때 일어난다. 그러나, M3DTM 공정 파라미터들이 물질을 정확한 두께로 증착할 수 있도록 조정되어, 크래킹 또는 조악한 접착성 없이 물질 증착 및 공정이 가능하다.
전구체 잉크, 나노미립자 증착물, 또는 이들 둘의 조합의 형태의 물질을 유리 및 플라스틱 타겟들로의 양질의 접착성으로 공정하는 것은 대략 100mW 이하의 레이저 전력으로 달성될 수 있다. 그러므로 고가가 아닌 다이오드 레이저 시스템들이 유리 또는 플라스틱 상의 FPD 복구를 위해 물질을 공정하는데 사용될 수 있다. 상기 증착 물질은 라인폭이 대략 5미크론만큼 작은 은, 금, 구리, 및 인듐-주석 옥사이드를 포함하지만, 이들에 제한되지 않는다.
예시 6: 연성 회로 제조(Flex Circuit Fabrication)
수많은 전자 디바이스들의 소형화 및 유동화는 단단한 타겟들 상에 프린트된 회로들로부터 연성 타겟들 상에 프린트된 회로들로의 변화를 증가시켰다. 유연한 타겟들이 3차원 패키징을 위해 사용되고 그리고 소정의 디바이스의 크기 및 무게를 상당히 축소한다. 단단한 타겟들에 손상을 입힐 진동 및 충격의 크기가 연성 타겟들 상에 프린트된 회로들에 대해 훨씬 덜 영향을 미치기 때문에, 연성 회로들은 또한 더욱 로버스트(robust)한 디바이스의 생산을 가능하게 한다. 연성 회로에 의해 제공되는 크기의 감소 및 로버스트의 증가는 카메라, 캠코터, 셀폰(cell phone), 컴퓨터, 보청기, 페이스메이커(pacemaker), 및 구급차와 수술실 디스플레이 장비와 같은 의학 장비 및 휴대품 사용자의 제품을 가능하게 한다. 현재, 연성 회로의 제 조를 위한 가장 일반적인 방법은 다단계 포토리소그래픽 공정을 포함하고, 그리고 타겟으로의 금속 포일(foil)의 적층, 레지스트의 증착, 마스크를 통한 레지스트의 노출, 현상, 식각, 및 레지스트 제거를 포함한다. 이러한 공정들은 시간 소모적이고, 마스크의 제조는 고가일 수 있다. 오리지널 금속 막의 오직 일부만이 회로에서 사용되기 때문에, 상기 공정은 또한 낭비를 발생시킨다. 반면, 상기 M3DTM 공정은 연성 회로소자의 제조를 위해 마스크리스 일 단계 증착 공정의 사용을 추구한다. 본 발명은 직접적이고, 부가적인 공정이므로, 적층, 포토 공정, 화학적 식각, 그리고 관련 물질 낭비의 필요를 제거한다. 전체적인 금속화 공정은 바람직하게, 좀 더 전형적인 포토리소그래픽 공정에 대한 단계들과 함께 도 3에 개관된 바와 같은, 오직 3 단계만을 필요로 한다.
연성 회로들의 제조에 대한 M3DTM 공정의 애플리케이션은 다중층 회로들의 제조 비용 및 공정 시간을 또한 줄일 수 있다. M3DTM 기술의 개발시에, 본 발명자는 에어로졸화 액체 또는 미립자의 서스펜션의 컴퓨터-제어 패터닝을 가능하게 하는 Virtual MaskingTM tool(VMToolTM), CAD-기반 소프트웨어 프로그램을 개발했다. M3DTM 공정과 VMToolTM을 사용함으로써, 연성 회로 층들 사이에 절연체를 패터닝할 수 있다. 이는 이전의 회로 층들로의 접착성 후속 층들의 증착에 대한 필요를 제거한다.
게다가, VMToolTM이 3차원 회로 층들 사이에 필요한 패턴 절연 층을 증착할 수 있기 때문에, 전형적인 연성 회로 제조시에 필요한 홀(hole) 펀칭(punching)이나 드릴링(drilling)이 감소하고, 일부 경우에는 제거된다.
예시 7: 금 및 백금(platinum)의 증착
상기 M3DTM 장치는 다양한 타겟상에 금 및 백금에 대한 액체 분자 전구체를 증착하는데 사용될 수 있다. 상기 전구체는 바람직하게 유기 용제에 용해된 금속염으로 구성된 유기 금속 시스템이다. 이 방법은 전구체를 에어로졸화하고 그리고 타겟으로 에어로졸을 증착하기 전에 플라이트 중에 드롭릿을 가열한다. 상기 전구체 방법은 대략 400℃보다 큰 손상 임계를 갖는 타겟들에 대해서, 대략 1 미크론 내지 5 미크론만큼 작은 라인폭을 갖는 금 또는 백금 트레이스의 직접 쓰기하는데 사용될 수 있다.
나노미립자-기반 금 잉크는 플라스틱 타겟상에 금을 증착하기 위한 전구체 증착 방법에 대한 대안을 제공한다. 금 전구체 잉크는 전형적으로 PET, PEEK, 및 PEN과 같은 플라스틱들의 손상 임계 온도 이상인 수백 도의 분해 온도를 가지며, 금의 전구체 증착을 배제한다. 바람직하게 1 내지 20 nm 범위의 직경을 갖는 nm 크기의 금 미립자들로 구성된 나노미립자 금 잉크는 소결 오도를 상당히 낮출 수 있으므로, 대략 100℃만큼 낮은 손상 임계 온도를 갖는 저온 플라스틱들 상에 M3DTM-증착 금 트레이스들의 레이저 공정을 가능하게 한다. 일반적으로, 나노미립자-기반 금속 잉크들의 사용은 금속 소결 온도를 낮출 수 있어 본 발명은 플라스틱 타겟의 직접 쓰기 금속화를 위해 사용될 수 있다.
예시 8: 다중층 인덕터
M3DTM 공정은 또한 인덕터 및 캐패시터를 포함하지만 이들에 제한되지는 않는 다중층 구조들을 생성하는데 사용될 수 있다. 게다가, M3DTM 장치의 타겟으로부터의 상대적으로 큰 작업 거리(5mm 이상 큼)로 인해, 상기 M3DTM 공정은 수백 미크론 정도의 높이 편차로 평탄하지 않은 표면상에 물질을 증착하는데 사용된다. 일 예시로서, 후속으로 레이저 처리가 이루어지는 상기 M3DTM 공정은 저온 타겟들 상에 기능적인 3층 전기적 컴포넌트들을 제조하는데 사용되었다.
KaptonTM 또는 알루미나 타겟 상에 페라이트 코어(ferrite-core) 인덕터를 제조하는데 3단계 공정이 사용되었다. 1단계는 타겟상에 직접 은 잉큼의 평행 라인들을 증착하는 것이었다. 상기 라인들은 대략 100 미크론 너비, 1 미크론 두께 및 1000 미크론 길이였다. 상기 라인들은 조밀한 전도성 은 도선들을 형성하도록 처리되었다. 상기 도선들은 전도성 트레이스들의 일부분을 포함하며 결국 페라이트 코어 둘레를 감싼다. 은 컨택 패드(1000 미크론 제곱)가 제 1 층에 또한 추가된다. 2단계는 낮은 융해점 유리와 망간-아연(manganese-zinc) 페라이트 분말의 혼합물을 전도성 라인들에 증착하는 것이다. 상기 분말은 증착물을 통해 레이저를 스캐닝함으로써 조밀화되었고, 이는 상기 유리를 녹였다. 유리는 상기 페라이트 미립자들 주변을 흘러, 냉각된 후에 조밀한 매트릭스 물질(matrix material)을 형성한다. 상기 페라이트 증착 단계는 상기 증착물을 대략 100 미크론으로 성장시키도록 수차례 반복되었다. 페라이트 라인 길이는 대략 1500mm 길이었다. 최종 단계는 코일(coil)을 생성하기 위해 하부 평행 은 라인들을 접속하는, 상기 페라이트 코어 위에 전도성 대각선 은 라인들을 증착하는 것이다. 증착 헤드 격리 거리가 수 mm이기 때문에, mm 크기의 곡면 위에 쓰기하는 것은 상대적으로 간단하다. 상기 방법을 사용하여 생성된 전형적인 코일의 저항은 수백 Ω 정도였다. 인덕턴스는 7 마이크로헨리(micro henry)이고 그 Q 값은 4.2@1MHz였다.
도 4는 Kapton 타겟(36) 상에 M3DTM 공정을 사용하여 제조된 인덕터의 현미경 사진을 도시한다. 은 라인들의 제 1 층은 코어의 레이저 소결 동안에 페라이트/유리 층으로의 은의 전자이동(electromigration)으로 인한 쇼트(short)를 방지하기에 충분한 두께(적어도 10 미크론)를 필요로 한다. 대각선 은 라인들의 상부 층은 전형적으로 바닥 은 라인들(bottom silver lines)을 접속하기 위해 100-500 미크론의 컨포멀(conformal)하지 않은 표면(이 경우, 페라이트 코어(34)) 위에 쓰기되어, 인덕터 코일(30)을 형성한다. 층 1의 바닥 전극 라인들은 대략 50 미크론 높이를 갖는 충분히 조밀한 트레이스들이다. 컨택 패드(32)는 1mm 제곱이다. 페라이트 코어(34)는 400 미크론의 최대 높이를 갖는 5 x 15mm 사각형이고, 바람직하게 망간/아연 철 옥사이드 및 유리 분말로부터 형성된다. Kapton 상에 프린트된 M3DTM-제조 인덕터의 인덕턴스 커브가 도 5에 도시되고, 그리고 40Hz 내지 110Hz의 범위에서 0.8로부터 1.5 마이크로헨리까지 점진적이고 예상가능한 증가를 나타낸다. 사이클당 저장된 에너지 또는 품질 인자(quality factor)는 50MHz에서 50이었다.
예시 :9 소형 열전기쌍
상기 M3DTM 공정은 또한 탄탈 나이트라이드(TaN) 타겟상에 S 유형(백금, 백금/로듐(rhodium)) 열전기쌍을 제조하는데 사용될 수 있다. 상기 디바이스의 백금측은 상기 열전기쌍의 좌측 팔상에 쓰기된다. 백금/로듐 팔의 타겟 합금 비율은 90% Pt 및 10% Rh이다. 상기 디바이스는 접착성 Kapton 막을 사용하여 타겟으로부터 전기적으로 절연되었다.
백금(Pt) 및 백금/로듐(Pt/Rh) 액체 전구체들의 박막은 폴리이미드의 절연층 상에 증착되었다. 상기 막을 금속 상태로 만들기 위해 레이저 분해가 사용되었다. 샘플 클리닝(cleaning) 및 표면 변형 사용되어 Kapton 막을 클리닝하고, 그리고 Pt 및 Pt/Rh 전구체의 접착 및 습윤을 증진한다. 레이저 화학적 공정은 벌크 Pt 및 Pt/Rh의 특성과 근접한 전기적 특성을 달성했다. 4점 프로브 측정을 사용하여 분해 및 공극 정도를 정성적으로 결정하였다. 각 디바이스를 프린팅함에 있어, 하나의 팔에 대해 전구체가 증착되고 그 다음 레이저 분해되었다. 그 다음, 이러한 과정이 열전기쌍의 잔존 팔들에 대해 반복되었다. 접합을 컨택 패드들로 접속하는 도선의 교차점들이 관심 대상이다. 결과적으로, 이러한 교차점들은 크래킹하기 쉽고, 그리고 최적의 공정 파라미터들을 필요로 한다. 도 6은 도선과 열전기쌍 접합의 교차점의 현미경 사진을 도시한다. 상기 도면은 PT-Pt/Rh 접합(38)으로부터 제일 먼저 증착된 PT 도선(40), 그리고 상기 접합(38) 위에 증착된 Pt/Rh(팔) 도선(42)으로의 매끄러운 변천을 도시한다. 수백 나노미터보다 큰 두께를 갖는 금속 층들의 증착은 또한 분해 금속막의 바람직하지 않은 크래킹을 야기한다. 이번 예시에서, 따라서 상기 증착 두께는 대략 0.2 내지 0.5 미크론으로 홀딩된다. 매우 큰 두께를 필요로 하는 금속화는 수개의 층들을 증착하고 분해하는데 반복적인 방법을 사용하여 획득된다.
M3DTM-제조 열전기쌍에 대한 조정 곡선이 도 7에 도시된다. 0℃의 기준 온도를 갖는 표준 유형-S 열전기쌍에 대한 대응하는 곡선이 또한 도시된다. 데이터가 21℃ 내지 177℃에서 획득된다. 상기 디바이스는 표준 곡선과 매우 유사한 특성 곡선을 도시한다. 상기 실험 곡선의 경사는 65 내지 177℃에서 표준 곡선의 경사의 3% 미만의 범위에 있다(7.50x10-3 대7.73x0-3 mV/℃). 출력에 있어서의 차이는 0℃가 아닌 대략 21℃의 기준 온도를 사용하기 때문이다.
예시 10: 저온 타겟의 금속화
본 발명은 플라스틱 타겟들 및 UV 경화가능 폴리머들(버스 라인들, 전극들, 상호접속, 등)의 금속화, 회로 보드상으로 수동 전자 컴포넌트들의 증착, 회로 보드 상에 임베드 수동소자들의 증착, 타겟 층들 사이에 비아들 제작, 그리고 에폭시의 금속화에 사용된다. 게다가, 상기 M3DTM 공정은 폴리카보네이트 타겟 물질 상에 은을 증착하고 소결하는데 사용되었다. 은 전구체의 분해에 필요한 높은 공정 온도 때문에, 전구체 화학물질 방법에 대한 대안적인 방법이 폴리카보네이트 상의 금속 라인들의 직접 쓰기에 필요한 공정 온도를 줄이는데 사용되었다. 상기 방법은 수용액에 서스펜드된 나노미터 크기의 은 미립자들로 구성된 나노미립자 은 잉크의 사 용을 포함한다. 상기 미립자들의 중앙 직경은 대략 50nm이다. 낮은-온도 타겟상으로 은 라인들을 프린트하기 위한 나노미립자 형성의 사용은 금으로 확장될 수 있고, 그리고 다음의 장점들을 갖는다: 필요한 물질들(즉, 고도의 전도성 금속)이 이미 존재하여 휘발성 유기 용제의 분해 및 제거의 필요를 제거; 서스펜딩 매질이 물이어서 폴리카보네이트를 화학적으로 저하시키지 않음; 이전의 연구에서 플라스틱 상의 양질의 접착성이 증명됨; 증착 및 공정이 상온으로 홀딩된 타겟으로 달성됨; 나노미립자 잉크가 10미크론 이하의 라인폭들로 증착됨; 나노미터 크기 미립자들은 폴리카보네이트를 손상시키지않는 레이저 전력(<100mW)에서 소결됨; 그리고 레이저 소결로 근접한 벌크 전기적 특성들이 가능하다. 폴리카보네이트 상에 소결된 은 라인들의 현미경 사진들이 도 8a 및 도 8b에 도시된다. 상기 라인들의 저항도는 단지 대략 3X 은의 벌크 저항도이다. 본 예시에서, 소결 온도는 대략 180℃이고, 이는 폴리카보네이트의 120℃ 손상 임계치보다 상당히 높다.
다른 가능한 애플리케이션들은 수동 전기적 컴포넌트들의 부가적인 트리밍(trimming), 그리고 IC 칩들 및 플라스틱 그리고 다른 낮은-온도 타겟들 상에 후막 페이스트들 및 반도체 물질들의 증착을 포함하지만, 이들에 제한되지는 않는다.
예시 11: 증착 물질들의 프리-공정
처리가능한 백금 증착이 수용성 백금 테트라클로라이드(tetrachloride)로부터 준비되었다. 백금 테트라클로라이드 드롭릿이 증착 장치로 들어갈 때 예열되었으며, 그리고 상기 증착 물질의 온도는 기판 가열기를 통해 대략 섭씨 580도로 상승되었다. 그 다음, 저전력 다이오드 레이저가 필요한 패턴에서 백금을 순수하게 하기 위해 백금 테트라클로라이드의 분해를 완료했다. 전자 애플리케이션들에 대해서, 바람직한 레이저 처리가능한 물질은 백금 테트라클로라이드, 금 테트라클로라이드, 구리 포메이트(copper formate), 은 아세테이트, 은 질산염(silver nitrate), 바륨 티탄산염 및 알루미늄 옥사이드를 포함하지만, 이들에 제한되지 않는다.
예시 12: 초고밀도 상호접속부
M3DTM 공정은 초고밀도 상호접속(Ultra-High Density interconnect)(UHDI)를 제조하기 위해 사용되었다. 현재, 종래 마스크 포토리소그래피 기술을 사용하여 달성가능한 최소 고밀도 상호접속 라인폭은 50 내지 75 미크론 피치(간격)를 갖는, 대략 50미크론이다. 그러나, HDI 회로 산업에서 경향은 저비용, 초고밀도 회로소자들(즉, 대략 10 내지 40 미크론의 라인폭들)을 필요로 하기 시작했다. 전도성 폴리머 솔루션들을 사용하여 플라스틱 및 다른 낮은-온도 타겟들 상에 전도성 라인들을 증착하는데 잉크 제트가 사용되었다. 그러나, 이 방법은 M3DTM 기술을 사용하여 플라스틱 상에 증착된 금속 라인들보다 104 내지 106 배 더 큰 저항도를 갖는 라인들을 산출한다. 게다가, 잉크 제트는 대략 50 미크론의 라인폭으로 제한된다.
대조적으로, 상기 M3DTM 공정은 50 미크론 피치의 25 미크론 라인폭을 갖는 고밀도 금속 라인들을 증착하는데 사용되었다. 25 미크론 폭 전구체 트레이스들이 증착되었고, 그리고 레이저 분해가 최종 라인폭을 정의하는데 사용되었다. 분해되 지 않은 전구체가 타겟으로부터 린싱되었고; 이는 선택적으로 교정될 것이다. 레이저 분해가 뒤따르는 증착 공정은 대략 1 내지 50 미크론의 라인폭들을 산출했다. 예시로서, 50 미크론 이격된 25 미크론 Pt 상호접속 라인들은 M3DTM 공정을 사용하여 1mm 두께의 KaptonTM 막 상에 쓰기 되었다. 폴리이미드 상에 10 미크론 이격된 10 미크론 폭의 Pt 라인들의 타겟 목적은 최적화된 공정 파라미터들을 이용함으로써 가능하다.
동일한 라인폭 및 라인 밀도가 Ag를 사용하여 이루어진다. 도 9는 폴리머 디스플레이 애플리케이션을 위해 PMMA 상에 증착된 은 상호접속부들을 도시한다. 이는 저온 폴리머 상에 전도성 잉크들을 증착하고 레이저-연소하는 M3D의 능력을 도시한다. 은 나노미립자 잉크가 PMMA상에 35 미크론 폭 라인들로 증착되었다. 그 다음, 80℃에서 5분 동안 건조되었다. 건조 후에, 상기 나노미립자들을 소결하기 위해 50mW, 532nm CW 레이저가 증착물들 상에 포커싱되고 20mm/s에서 스캔되었다. 6cm-길이의 상호접속부의 측정 저항은 100Ω이었다. 이는 16□Ω-cm의 저항도에 해당하며, 이는 벌크 은의 저항도보다 대략 10x 큰 것보다 작다. 상기 증착물들은 PMMA에 잘 부착되어, 접착성 테이프 테스트를 통과했다.
본 발명이 상기 바람직한 실시예들에 대한 특정 기준을 가지고 상세하게 설명되었지만, 다른 실시예들도 또한 동일한 결과를 달성할 수 있다. 본 발명의 수정 및 변경들이 당해 기술분야의 당업자에게 명백할 것이며 모든 이러한 수정 몇 균등물들을 포함하도록 의도된다. 상기 개시된 다양한 구성들은 본 발명을 숙지하느자 에게 바람직한 실시예 및 대안적인 실시예를 교시하도록 의도되는 것이며, 본 발명의 한정 및 청구의 범위를 속박하고자 의도되는 것이 아니다. 상기 인용된 모든 특허 및 간행물들의 모든 개시사항은 본 명세서에 참조로서 통합된다.

Claims (30)

  1. 타겟 상에 물질을 증착하는 방법으로서:
    에어로졸 스트림을 생성하는 단계와;
    에어로졸 제트를 사용하여 상기 타겟 상에 상기 에어로졸 스트림을 증착하는 단계와; 그리고
    대략 적어도 상기 타겟의 손상 임계 온도만큼 높은 공정 온도에서 상기 물질을 획득하도록 레이저로 결과 증착물을 공정하는 단계를 포함하며, 그리고
    상기 증착물의 결과적인 전기적 특성이 벌크 형태의 상기 물질의 전기적 특성과 유사한 것을 특징으로 하는 타겟 상에 물질을 증착하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 전기적 특성은 저항도를 포함하는 것을 특징으로 하는 타겟 상에 물질을 증착하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 타겟은 평탄하지 않은 것을 특징으로 하는 타겟 상에 물질을 증착하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 손상 임계 온도는 200℃보다 작은 것을 특징으로 하는 타겟 상에 물질을 증착하는 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 에어로졸 스트림은 액체 분자의 화학적 전구체와 콜로이드 또는 미립자 서스펜션들로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 물질들을 포함하는 것을 특징으로 하는 타겟 상에 물질을 증착하는 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 에어로졸 스트림은 유기 금속 전구체; 콜로이드 금속 솔루션; 금속 페이스트; 금속 나노미립자 서스펜션; 세라믹 전구체; 세라믹 페이스트; 저항 전구체 솔루션; 저항 페이스트; 무기 반도체 서스펜션; 폴리머 전구체 솔루션; 금속, 유전체, 또는 저항 미립자들의 콜로이드 서스펜션, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 생성된 하나 이상의 물질들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타겟 상에 물질을 증착하는 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 에어로졸 스트림은 대략 10 미크론보다 작은 직경을 갖는 드롭릿 또는 미립자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 타겟 상에 물질을 증착하는 방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 생성하는 단계는 초음파 변환 또는 공기압 에어로졸화의 사용을 포함하는 것을 특징으로 하는 타겟 상에 물질을 증착하는 방법.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 에어로졸 제트는 환형 흐름을 포함하는 것을 특징으로 하는 타겟 상에 물질을 증착하는 방법.
  10. 제 5항에 있어서, 상기 에어로졸 제트는 내부 에어로졸-적재 흐름을 포함하며, 상기 내부 에어로졸-적재 흐름은 상기 내부 에어로졸-적재 흐름을 제한하는 외장 가스로 둘러싸여 있는 것을 특징으로 하는 타겟 상에 물질을 증착하는 방법.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 환형 흐름은 상기 에어로졸 스트림을 중규모 크기로 포커싱하는 것을 특징으로 하는 타겟 상에 물질을 증착하는 방법.
  12. 제 11항에 있어서, 증착 피처 크기는 대략 4 미크론 이상인 것을 특징으로 하는 타겟 상에 물질을 증착하는 방법.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 증착하는 단계는 상기 타겟과 상기 에어로졸 스트림을 상대적으로 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 타겟 상에 물질을 증착하는 방법.
  14. 제 1항에 있어서, 상기 증착하는 단계 전에 상기 에어로졸 스트림을 프리-공정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타겟 상에 물질을 증착하는 방법.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 프리-공정하는 단계는 상기 에어로졸 스트림의 가습화 공정과, 상기 에어로졸 스트림의 건조 공정과, 상기 에어로졸 스트림의 냉각 공 정과, 상기 에어로졸 스트림의 제 1 성분의 증기 함유량을 증가시키는 공정과, 그리고 상기 에어로졸 스트림의 제 1 성분이 아닌 제 2 물질의 증기 함유량을 증가시키는 공정으로 구성된 그룹으로부터 선택된 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 타겟 상에 물질을 증착하는 방법.
  16. 제 1항에 있어서, 상기 공정하는 단계 전에 상기 증착물을 포스트-공정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타겟 상에 물질을 증착하는 방법.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 포스트-공정하는 단계는 열적 가열 공정과, 대기 압력을 줄이는 공정과, 전자기 방사선으로 조사하는 공정과, 그리고 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 타겟 상에 물질을 증착하는 방법.
  18. 제 1항에 있어서, 상기 증착물은 상기 레이저로부터의 빔의 직경과 거의 동일한 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 타겟 상에 물질을 증착하는 방법.
  19. 제 1항에 있어서, 상기 증착물의 폭은 상기 레이저로부터의 빔의 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 타겟 상에 물질을 증착하는 방법.
  20. 제 1항에 있어서, 상기 증착하는 단계 및 공정하는 단계는 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는 타겟 상에 물질을 증착하는 방법.
  21. 제 1항에 있어서, 상기 공정하는 단계는 화학적 분해 공정, 중합반응 공정, 소결 공정, 및 융해 공정으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 타겟 상에 물질을 증착하는 방법.
  22. 제 1항에 있어서, 상기 타겟은 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리메틸 메타크리레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에스테르, 및 에폭시로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 타겟 상에 물질을 증착하는 방법.
  23. 제 1항에 있어서, 상기 레이저는 다이오드 레이저를 포함하는 것을 특징으로 하는 타겟 상에 물질을 증착하는 방법.
  24. 제 1항에 있어서, 상기 레이저의 전력은 대략 10mW인 것을 특징으로 하는 타겟 상에 물질을 증착하는 방법.
  25. 제 1항에 있어서, 상기 레이저는 연속파모드 또는 펄스파모드를 포함하는 것을 특징으로 하는 타겟 상에 물질을 증착하는 방법.
  26. 제 25항에 있어서, 상기 펄스파모드의 에너지는 수 μJ인 것을 특징으로 하는 타겟 상에 물질을 증착하는 방법.
  27. 제 1항에 있어서, 상기 공정하는 단계는 렌즈 및 거울 시스템과 광섬유 중 어느 하나 또는 이들을 모두 사용하여 레이저 빔을 상기 타겟에 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 타겟 상에 물질을 증착하는 방법.
  28. 제 1항에 있어서, 상기 레이저로부터의 빔이 상기 에어로졸 스트림과 별개로 상기 타겟에 전달되는 것을 특징으로 하는 타겟 상에 물질을 증착하는 방법.
  29. 제 28항에 있어서, 증착 및 레이저 공정이 순차적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 타겟 상에 물질을 증착하는 방법.
  30. 제 1항에 있어서, 상기 레이저 공정 후의 상기 증착물의 피처 크기는 대략 적어도 1 미크론인 것을 특징으로 하는 타겟 상에 물질을 증착하는 방법.
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