KR100745171B1 - SAM coating method on substrate using spin coating and coating substrate - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판위에 SAM(Self-Assembled Monolayers, 이하 "SAM"이라 함)을 코팅하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스핀-코팅을 이용한 기판위의 SAM 코팅방법 및 그 코팅기판에 관한 것이다. 이를 위해, 기판(14)위에 소정 형상으로 이루어진 마스크(30)를 형성하는 단계(S10); 기판(14)을 회전시키면서 SAM 용액(35)을 주입하여 스핀-코팅하는 단계(S20); 기판(14)상의 마스크(30)를 제거하는 단계(S30);로 구성되는 것을 특징으로 하는 스핀-코팅을 이용한 기판위의 SAM 코팅방법이 제공된다.The present invention relates to a method of coating SAM (Self-Assembled Monolayers, hereinafter referred to as "SAM") on a substrate, and more particularly, to a SAM coating method on a substrate using spin-coating and a coating substrate thereof. To this end, forming a mask 30 of a predetermined shape on the substrate 14 (S10); Spin-coating by injecting the SAM solution 35 while rotating the substrate 14 (S20); Removing the mask 30 on the substrate 14 (S30); is provided a SAM coating method on a substrate using a spin-coating, characterized in that consisting of.

스핀-코팅, 기판, SAM, 마스크, 주입, 박막, 유기물질, 접착 Spin-coating, substrate, SAM, mask, implantation, thin film, organic material, adhesion

Description

스핀-코팅을 이용한 기판위의 SAM 코팅방법 및 그 코팅기판{SAM coating method on a substrate using spin-coating and coating substrate thereof}SAM coating method on a substrate using spin-coating and coating substrate

도 1은 종래기술의 제 1 예로서, SAM 용액에 기판을 침지하여 기판에 SAM 물질을 접착하는 상태를 개략적으로 나타내는 구성도, 1 is a configuration diagram schematically illustrating a state in which a SAM material is adhered to a substrate by immersing the substrate in a SAM solution as a first example of the prior art;

도 2a 및 도 2b는 종래기술의 제 2 예로서, 소정형상의 스템프에 SAM 용액을 묻혀 기판(14) 위에 찍는 과정을 개략적으로 나타내는 구성도,2A and 2B are schematic views illustrating a process of dipping a SAM solution onto a substrate 14 by applying a SAM solution to a stamp of a predetermined shape as a second example of the related art.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따라 스핀-코팅을 이용한 기판위의 SAM 코팅방법을 순차적으로 나타내는 구성도 3A to 3C are diagrams sequentially showing a SAM coating method on a substrate using spin-coating according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 기판위의 SAM 코팅방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다. 4 is a flow chart schematically showing a SAM coating method on a substrate according to the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10 : 용기,10: container,

12 : SAM 용액,12: SAM solution,

14 : 기판,14: substrate,

20 : 스템프,20: stamp,

22 : SAM 용액,22: SAM solution,

30 : 마스크,30: mask,

35 : SAM 용액.35: SAM solution.

본 발명은 기판위에 SAM(Self-Assembled Monolayers, 이하 "SAM"이라 함)을 코팅하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스핀-코팅을 이용한 기판위의 SAM 코팅방법 및 그 코팅기판에 관한 것이다. The present invention relates to a method of coating SAM (Self-Assembled Monolayers, hereinafter referred to as "SAM") on a substrate, and more particularly, to a SAM coating method on a substrate using spin-coating and a coating substrate thereof.

SAM은 적절한 고체 기판위에 올려질 경우 자체 조직을 하거나 자체 배열을 하여 매우 치밀하고 안정된 단일 분자층을 형성하는 무기물질 또는 유기물질이다. 이러한 성질을 가지는 물질은 다양하게 존재하고 계속 합성되는데 이러한 물질을 기판위에 올리는 방법에 있어서 종래기술에 많은 문제점이 있다. SAM is an inorganic or organic material that, when mounted on a suitable solid substrate, either self-organizes or self-aligns to form a very dense and stable single molecular layer. Materials having such properties exist in various ways and continue to be synthesized. There are many problems in the related art in the method of placing such materials on a substrate.

예를 들어, 도 1은 종래기술의 제 1 예로서, SAM 용액에 기판을 침지하여 기판에 SAM 물질을 접착하는 상태를 개략적으로 나타내는 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 용기(10)내에는 SAM을 용매에 녹인 SAM용액(12)이 담겨 있고, 기판(14)을 이러한 SAM 용액(12)에 침지하여 단일 분자층을 형성한다. For example, FIG. 1 is a configuration diagram schematically illustrating a state in which a SAM material is adhered to a substrate by immersing the substrate in a SAM solution as a first example of the related art. As shown in FIG. 1, the container 10 contains a SAM solution 12 in which a SAM is dissolved in a solvent, and the substrate 14 is immersed in the SAM solution 12 to form a single molecular layer.

그러나 이와 같은 종래의 제 1 예는 다음과 같은 문제점이 있다. 즉, 기판(14)을 SAM 용액(12)에 수분 내지 수시간 동안 침지하여야 하기 때문에 공정시간이 많이 소요된다. 또한, 처리되는 기판(14)의 수가 증가할수록 SAM용액(12)의 화학적 조성이 변할 수 있고 이로 인해 제품의 재현성에 문제가 발생한다. 또한, 원료의 낭비가 심해 경제성도 매우 낮다. However, this first conventional example has the following problems. That is, since the substrate 14 must be immersed in the SAM solution 12 for several minutes to several hours, a lot of process time is required. In addition, as the number of substrates 14 to be processed increases, the chemical composition of the SAM solution 12 may change, which causes problems in reproducibility of the product. In addition, the waste of raw materials is severe, so the economic efficiency is very low.

도 2a 및 도 2b는 종래기술의 제 2 예로서, 소정형상의 스템프에 SAM 용액을 묻혀 기판(14) 위에 찍는 과정을 개략적으로 나타내는 구성도이다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 우선 소정 형상의 스템프(20)를 준비하고, 스템프(20)에 SAM 용액(22)을 잉크 형태로 묻혀서 기판(14)위에 찍는다. 그러면 도 2b에 도시된 바와 같이, 원하는 형상만의 SAM용액(22)이 기판(14) 위에 형성된다. 2A and 2B are schematic diagrams illustrating a process of applying a SAM solution to a stamp of a predetermined shape on the substrate 14 as a second example of the related art. As shown in FIG. 2A, first, a stamp 20 having a predetermined shape is prepared, and the SAM solution 22 is buried in the stamp 20 on the substrate 14. Then, as illustrated in FIG. 2B, a SAM solution 22 having only a desired shape is formed on the substrate 14.

그러나 이와 같은 종래의 제 2 예는 다음과 같은 문제점이 있다. 즉, 스템프의 찍는 공정으로 인해 공정이 복잡해지고, 생산비가 상승하며, 넓은 범위의 기판상에서 균일한 성능을 얻을 수 없다. 또한, 공정시간도 많이 걸리는 단점이 있다. However, this second conventional example has the following problems. That is, the stamping process makes the process complicated, the production cost increases, and uniform performance cannot be obtained on a wide range of substrates. In addition, there is a disadvantage that takes a lot of process time.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 제 1 목적은 보다 넓은 기판위에 SAM 박막을 균일하게 접착시킬 수 있는 스핀-코팅을 이용한 기판위의 SAM 코팅방법 및 그 코팅기판을 제공하는 것이다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, the first object of the present invention is a SAM coating method on a substrate using a spin-coating capable of uniformly bonding the SAM thin film on a wider substrate and its To provide a coated substrate.

본 발명의 제 2 목적은 종래의 스핀-코팅 장비를 그대로 활용함으로서 신뢰성과 경제성이 높고, 재료가 적게 소모되며 공정속도가 빠른 스핀-코팅을 이용한 기판위의 SAM 코팅방법 및 그 코팅기판을 제공하는 것이다. It is a second object of the present invention to provide a SAM coating method on a substrate using spin-coating with high reliability, economical efficiency, low material consumption, and high process speed by utilizing a conventional spin-coating apparatus and a coating substrate thereof. will be.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 기판(14)위에 소정 형상으로 이루어진 마스크(30)를 형성하는 단계(S10);An object of the present invention as described above, the step of forming a mask 30 of a predetermined shape on the substrate (14) (S10);

기판(14)을 회전시키면서 SAM 용액(35)을 주입하여 스핀-코팅하는 단계(S20);Spin-coating by injecting the SAM solution 35 while rotating the substrate 14 (S20);

기판(14)상의 마스크(30)를 제거하는 단계(S30);로 구성되는 것을 특징으로 하는 스핀-코팅을 이용한 기판위의 SAM 코팅방법에 의해 달성될 수 있다.Removing the mask 30 on the substrate 14 (S30); it can be achieved by the SAM coating method on the substrate using a spin-coating, characterized in that consisting of.

그리고, 마스크(30)는 포토리소그래피에 의해 형성되는 것이 바람직하다.The mask 30 is preferably formed by photolithography.

아울러, 스핀-코팅단계(S20)에서 기판(14)의 회전수는 1,500 ~ 6,000 rpm 범위인 것이 바람직하다.In addition, the number of rotations of the substrate 14 in the spin-coating step S20 is preferably in the range of 1,500 to 6,000 rpm.

또한, 스핀-코팅단계(S20)에서의 스핀-코팅은 정적 디스펜스 방식일 수 있다.In addition, the spin-coating in the spin-coating step S20 may be a static dispense method.

뿐만 아니라, 마스크 제거단계(S30)는 용제에 의한 세척단계를 더 포함하는 것이 더욱 바람직하다.In addition, the mask removal step (S30) more preferably further comprises a washing step with a solvent.

그리고, SAM용액(35)은 SAM 물질을 유기용매에 녹인 것이 가장 바람직하다.The SAM solution 35 is most preferably dissolved in an organic solvent.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 본 발명의 또 다른 카테고리로서, 전술한 SAM 코팅방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 SAM 코팅기판에 의해서도 달성될 수 있다.The object of the present invention as described above, as another category of the present invention, can be achieved by a SAM coated substrate, characterized in that produced by the above-described SAM coating method.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부 도면들과 관련되어 설명되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명확해질 것이다.Other objects, specific advantages and novel features of the invention will become more apparent from the following detailed description and the preferred embodiments described in conjunction with the accompanying drawings.

이하에서는 양호한 실시예를 도시한 첨부 도면과 관련하여 본 발명을 상세하게 설명한다.The invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings, in which preferred embodiments are shown.

이하에서는 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 SAM 코팅방법에 대해 상세히 설명하도록 한다. 우선, 도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따라 스핀-코팅을 이용한 기판위의 SAM 코팅방법을 순차적으로 나타내는 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 기판위의 SAM 코팅방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 우선 기판(14)상에 마스크(30)를 형성한다(S10). 마스크(30)는 포토리소그라피와 같은 기술에 의해 형성된다. 이러한 포토리소그라피를 이용하여 원하는 형상의 마스크를 성막하는 과정은 당업자에게 용이한 사항임으로 구체적인 동작 설명은 생략하기로 한다. Hereinafter, the SAM coating method according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 3 and 4. First, FIGS. 3A to 3C are schematic diagrams sequentially illustrating a SAM coating method on a substrate using spin-coating according to the present invention, and FIG. 4 is a flowchart schematically illustrating a SAM coating method on a substrate according to the present invention. . As shown in FIG. 3A, a mask 30 is first formed on the substrate 14 (S10). The mask 30 is formed by a technique such as photolithography. Since a process of forming a mask having a desired shape using such photolithography is easy for those skilled in the art, a detailed description of the operation will be omitted.

그 다음, 도 3b에 도시된 바와 같이, 기판(14)을 스핀-코팅 기술에 의해 회전시키면서 SAM물질을 유기용매에 녹인 SAM 용액을 주입한다. 이러한 스핀-코팅 기술은 반도체상에 박막필름을 형성하는데 유용하며, 본원발명과 같이 얇은 SAM 용액을 성막하는데 특히 유용할 수 있다. Next, as shown in FIG. 3B, a SAM solution in which a SAM material is dissolved in an organic solvent is injected while rotating the substrate 14 by a spin-coating technique. Such spin-coating techniques are useful for forming thin films on semiconductors, and may be particularly useful for depositing thin SAM solutions as described herein.

스핀-코팅기술은 보통 소량의 SAM용액(35)을 기판(14)의 중앙에 증착시킨 다음 고속(약 3,000 rpm)으로 기판(14)을 회전시키는 방법이다. 구심성 가속으로 대부분의 SAM용액(35)이 기판(14)의 가장자리까지 퍼져나가게 되며, 이로 인해 얇은 막의 SAM용액(35) 막이 기판(14)의 표면에 성막된다.Spin-coating techniques typically deposit a small amount of SAM solution 35 in the center of the substrate 14 and then rotate the substrate 14 at high speed (about 3,000 rpm). Centripetal acceleration causes most of the SAM solution 35 to spread to the edge of the substrate 14, whereby a thin film of SAM solution 35 is deposited on the surface of the substrate 14.

최종적인 SAM용액(35)의 두께와 특성은 SAM용액(35)의 속성(점성, 건조율, 응고율, 표면장력 등)과 스핀 과정에 선택된 공정조건에 따라 달라진다. 예를 들어, 스핀 속도, 가속 및 가스배출과 같은 요인들이 코팅된 SAM용액(35)의 특성에 영향을 미친다. The thickness and characteristics of the final SAM solution 35 depend on the properties of the SAM solution 35 (viscosity, drying rate, solidification rate, surface tension, etc.) and the process conditions selected for the spin process. For example, factors such as spin rate, acceleration, and outgassing affect the properties of the coated SAM solution 35.

그리고, 스핀-코팅 과정은 SAM용액(35)을 기판(14) 표면에 증착하는 디스펜스 과정, SAM용액(35)을 펴기 위한 고속 스핀 과정, 남아 있는 용제를 SAM용액(35) 에서 제거하기 위한 건조과정으로 이루어진다. 그리고 디스펜스 과정도 정적 디스펜스와 동적 디스펜스 과정으로 나누어질 수 있다.In addition, the spin-coating process is a dispensing process for depositing the SAM solution 35 on the surface of the substrate 14, a high-speed spin process for unfolding the SAM solution 35, and drying for removing the remaining solvent from the SAM solution 35. The process takes place. The dispensing process can be divided into static dispensing and dynamic dispensing.

정적 디스펜스는 소량의 SAM용액(35)을 기판(14)의 중앙부에 증착하는 것만 수행하며, SAM용액(35)의 양은 그 점성과 코팅할 기판(14)의 크기에 따라 1 ~ 10 cc 정도이다. 그리고, 점성이 높아질 수도록 또는 기판(14)이 커질수록 고속 스핀 동안 기판(14)의 전체 면을 커버할 수 있도록 SAM용액(35)의 양을 늘려야 한다. Static dispensing only deposits a small amount of SAM solution 35 in the center of the substrate 14, and the amount of SAM solution 35 is about 1 to 10 cc depending on its viscosity and the size of the substrate 14 to be coated. . In addition, the amount of the SAM solution 35 must be increased to increase the viscosity or to cover the entire surface of the substrate 14 during the high-speed spin as the substrate 14 becomes larger.

동적 디스펜스는 기판(14)이 저속으로 회전하는 동안 SAM용액(35)을 증착하는 과정이다. 이 과정에서는 약 500rpm 의 속도가 사용된다. 기판(14)의 전체 표면이 젖을 만큼 많은 양의 SAM용액(35)을 증착할 필요가 없기 때문에 기판(14) 위에 SAM용액(35)을 코팅하여 SAM용액(35)이 가장 적게 남도록 한다. 이는 특히 SAM용액(35) 또는 기판(14) 자체가 잘 젖지 않을 때 유용한 방법이다. Dynamic dispense is the process of depositing SAM solution 35 while the substrate 14 rotates at low speed. In this process, a speed of about 500 rpm is used. Since the entire surface of the substrate 14 does not need to deposit a large amount of the SAM solution 35, the SAM solution 35 is coated on the substrate 14 so that the SAM solution 35 remains the least. This is especially useful when the SAM solution 35 or the substrate 14 itself is not very wet.

이후, 높은 속도로 가속하여 SAM용액(35)이 원하는 최종 두께로 펴지게 만든다. 이 과정에서의 스핀 속도는 기판(14)과 SAM용액(35)의 특성에 따라 1,500 ~ 6,000 rpm 범위이다. 이 과정에서는 10 초 내지 수분 정도 소용될 수 있다.Thereafter, it accelerates at a high speed to make the SAM solution 35 spread to the desired final thickness. The spin speed in this process is in the range of 1,500 to 6,000 rpm depending on the characteristics of the substrate 14 and the SAM solution 35. In this process, it can be used for 10 seconds to several minutes.

이 과정에서 선택하는 스핀의 속도와 시간이 최종 SAM용액(35)의 두께를 결정한다. 스핀 속도가 높고 스핀 시간이 길수록 필름의 두께가 더 얇아진다. 도 3b에 도시된 바와 같이, SAM용액(35)은 마스크(35) 사이사이로 침투하여 마스크(35)의 두께 보다 낮은 두께(통상 단일 분자층의 두께)로 위치하게 된다.The speed and time of spin selected in this process determines the thickness of the final SAM solution 35. The higher the spin rate and the longer the spin time, the thinner the film. As shown in FIG. 3B, the SAM solution 35 penetrates between the masks 35 and is positioned at a thickness lower than the thickness of the mask 35 (typically the thickness of a single molecular layer).

경우에 따라 고속 스핀 과정후 SAM용액(35)을 더 건조시키기 위하여 별도의 건조과정이 추가될 수 있다. 이는 SAM 막의 안정성을 높이기 위해 취급 전에 긴 건 조시간을 필요로 하는 두꺼운 후막에 적합하다. In some cases, a separate drying process may be added to further dry the SAM solution 35 after the high speed spin process. It is suitable for thick thick films that require long drying times before handling to increase the stability of the SAM membrane.

그 후, 도 3c에 도시된 바와 같이, 통상의 방법으로 마스크를 제거하거나 용제로 세척하여 마스크를 제거한다(S30). 그러면, 도 3c에 도시된 바와 같이, 기판(14) 상에 SAM 용액(35)으로 만들어진 단일 분자층의 SAM 막이 형성된다. 이와 같은 과정을 통해 기판(14) 상의 원하는 위치에 SAM 막을 성막할 수 있다. Thereafter, as shown in Figure 3c, the mask is removed by removing the mask in a conventional manner or washed with a solvent (S30). Then, as shown in FIG. 3C, a single molecular layer of SAM film made of SAM solution 35 is formed on the substrate 14. Through this process, a SAM film may be formed on a desired position on the substrate 14.

본 발명을 적용하면 유기물 박막 뿐만 아니라 용매에 콜로이드 상태로 혼합되어 있는 나노입자 등의 불균일 물질도 넓은 범위에 걸쳐 균일하게 분포시키는 것이 가능하다. According to the present invention, it is possible to uniformly distribute not only organic thin films but also non-uniform materials such as nanoparticles mixed in a solvent in a colloidal state.

특히, 본 발명에서는 스핀-코팅의 회전수를 적절히 조절하거나 SAM 분자의 농도를 조절하여 최적의 SAM 품질이 나오도록 할 수 있다. 이와 같이 성막된 SAM 막은 단일분자층이므로 기판(14) 상에서 안정되게 접착상태를 유지하게 된다.In particular, in the present invention, by adjusting the number of rotation of the spin-coating appropriately or by adjusting the concentration of the SAM molecules can be the optimum SAM quality. Since the SAM film formed as described above is a single molecule layer, the SAM film is stably maintained on the substrate 14.

따라서, 상기 설명한 바와 같은 본 발명의 일실시예에 의하면, 보다 넓은 기판위에 SAM 박막을 균일하게 접착시킬 수 있다. 즉 종래방법에 비해 더 넓은 기판을 대상으로 보다 균일한 제품을 만들 수 있는 특징이 있다.Therefore, according to one embodiment of the present invention as described above, it is possible to uniformly bond the SAM thin film on a wider substrate. That is, there is a feature that can make a more uniform product for a wider substrate than the conventional method.

그리고, 종래의 스핀-코팅 장비를 그대로 활용함으로서 신뢰성과 경제성이 높고, 재료가 적게 소모되며, 공정속도가 빠른 장점이 있다.In addition, by utilizing the conventional spin-coating equipment as it is, there is an advantage of high reliability and economical efficiency, low material consumption, and high process speed.

또한, 스핀-코팅의 공정조건(회전속도, 주입량, 농도 등)을 다양하게 조합하여 제어할 수 있기 때문에 원하는 특성을 가진 코팅 기판을 생산할 수 있다.In addition, since the spin-coating process conditions (rotation speed, injection amount, concentration, etc.) can be controlled by various combinations, it is possible to produce a coating substrate having desired characteristics.

비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지 만, 본 발명의 요지와 범위로 부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허청구의 범위에 속함은 자명하다.Although the invention has been described in connection with the preferred embodiments mentioned above, it will be readily apparent to those skilled in the art that various other modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the invention. And modifications all fall within the scope of the appended claims.

Claims (7)

기판(14)위에 소정 형상으로 이루어진 마스크(30)를 포토리소그래피에 의해 형성하는 단계(S10);Forming a mask 30 having a predetermined shape on the substrate 14 by photolithography (S10); 상기 기판(14)을 1,500 ~ 6,000 rpm 범위로 회전시키면서 SAM 물질을 유기용매에 녹인 SAM 용액(35)을 주입하여 상기 SAM 용액(35)의 두께가 상기 마스크(30)의 두께 보다 낮아지도록 하는, 정적 디스펜스 방식으로 스핀-코팅하는 단계(S20); 및While rotating the substrate 14 in the range of 1,500 ~ 6,000 rpm to inject a SAM solution 35 in which a SAM material is dissolved in an organic solvent so that the thickness of the SAM solution 35 is lower than the thickness of the mask 30, Spin-coating in a static dispense manner (S20); And 상기 기판(14)상의 상기 마스크(30)를 용제로 세척하여 제거함으로써 단일 분자층의 SAM막을 성막하는 단계(S30);로 구성되는 것을 특징으로 하는 스핀-코팅을 이용한 기판위의 SAM 코팅방법.Forming a SAM film of a single molecular layer by washing and removing the mask (30) on the substrate (14) with a solvent (S30); SAM coating method on a substrate using a spin-coating. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 의한 SAM 코팅방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 SAM 코팅기판.SAM coating substrate, characterized in that produced by the SAM coating method according to claim 1.
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