KR100201867B1 - Manufacturing method of ray-sensitive glass by sol-gel method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 졸-겔법에 의해 제조되는 광감응성 유리와 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 예컨데 반도체나 LCD(liquid crystal display)등의 패턴을 형성하기 위해 유리기판에 광감응성 졸(Sol)을 피복시키는 단순공정으로 제조되는 광감응성 유리와 그 제조방법, 그리고 여기에 패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to photosensitive glass manufactured by the sol-gel method and a method of manufacturing the same. The present invention relates to a photosensitive glass produced by a simple step of coating a film, a method of manufacturing the same, and a method of forming a pattern thereon.
Description
제1도는 졸-겔(Sol-Gel)법에 의한 광감응성 유리의 제조 및 패턴(pattern) 형성의 공정을 나타낸 공정도이다.FIG. 1 is a process chart showing a process of preparing a photosensitive glass and forming a pattern by a sol-gel method.
본 발명은 졸-겔법에 의해 제조되는 광감응성 유리와 그 제조방법에 것으로서, 더욱 상세하게는 예컨대 반도체나 LCD(liquid crystal display)등의 패턴을 형성하기 위해 유리기판에 광감응성 졸(Sol)을 피복시키는 단순공정으로 제조되는 광감응성 유리와 그 제조방법, 그리고 여기에 패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a photosensitive glass produced by a sol-gel method and a method of manufacturing the same. More specifically, a photosensitive sol (Sol) is applied to a glass substrate to form a pattern such as a semiconductor or a liquid crystal display (LCD). It relates to a photosensitive glass produced by a simple step of coating, a method for producing the same, and a method for forming a pattern therein.
광감응성 유리의 광감응 기전은, 광감응성 유리에 UV광을 조사하였을 때 유리내의 Ce+3가 전자 1개를 방출하고 이를 Ag+가 흡수하여 Ago콜로이드가 형성되어 결정화를 위한 핵으로서 존재하게 됨으로써, 결정화를 위한 핵이 없는 비노광 부위보다 낮은 온도에서의 열처리에도 유리의 결정화가 용이하게 이루어지게 되는 것이다.The photosensitive mechanism of photosensitive glass is such that when Ce + 3 in the glass is irradiated with UV light, Ce +3 releases one electron, which is absorbed by Ag + so that Ag o colloid is formed to exist as a nucleus for crystallization. As a result, the crystallization of the glass is facilitated even at the heat treatment at a lower temperature than the non-exposed portion without the nucleus for crystallization.
종래에 이와같은 광감응성 유리를 제조하기 위해 제안된 미국특허 제2,515,936호, 제2,515,937호, 제2,515,939호, 제2,515,940호, 제2,515,941호, 제2,515,943호, 제2,651,146호 등의 방법이 있는 바, 이들 방법은 예컨대 규산나트륨 유리 또는 규산리륨 유리에 감응제로서 세륨, 안티몬을, 그리고 감응화제로서 구리, 금, 은 등과 같은 첨가제를 첨가하고 용융법에 의해 광감응성유리를 제조하는 것이다.Conventionally proposed methods for producing such photosensitive glass are US Patent Nos. 2,515,936, 2,515,937, 2,515,939, 2,515,940, 2,515,941, 2,515,943, 2,651,146, etc. The method is, for example, by adding cerium, antimony as a sensitizer and additives such as copper, gold, silver and the like as a sensitizer to sodium silicate glass or lithium lithium silicate glass and producing photosensitive glass by melting.
그러나,종래의 용융법에 의해 광감응성 유리를 제조하는 경우에는 고온용융을 위해 많은 에너지가 소요되고 불순물이 혼입될 수 있는 확률이 높으며 유리를 고도로 균질화시키기가 어려운 문제가 있었고, 또한 용융에 의해 유리틀 제조해야 하므로 다른 재료를 기판으로 사용하여 피복시킬 수가 없었다.However, in the case of manufacturing photosensitive glass by the conventional melting method, a large amount of energy is required for high temperature melting, there is a high probability that impurities may be mixed, and it is difficult to highly homogenize the glass, and also by melting the glass Since the mold had to be manufactured, it could not be coated using other materials as the substrate.
따라서,본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하여 유리를 고온으로 용융시키 않고서도 저온에서 제조할 수 있는 광감응성 유리를 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a photosensitive glass that can be produced at a low temperature without solving the above problems and melting the glass at a high temperature.
본 발명의 다른 목적은 단일한 공정으로 광감응성 유리에 패턴을 형성시키는 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a method of forming a pattern on photosensitive glass in a single process.
위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명자들은 졸-겔법을 이용하여 광감응성 졸을 합성한 후 건조공정(drying)과 소결공정(sintering)을 실시하면 광감응성 유리를 얻을 수 있고, 반도체나 LCD의 패턴 형성을 위한 포토리토그라피(photo1ithography) 공정중 기판위에 Cr 피복과 포토레지스터(P. R.)를 도포하는 대신 광감응성 졸을 피복시킴으로써 단일 공정만으로도 패턴을 형성할 수 있다는 것을 알게되어 본 발명을 완성하게 되었다.In order to achieve the above object, the present inventors synthesize the photosensitive sol using the sol-gel method and then perform the drying and sintering process to obtain the photosensitive glass, The present invention was completed by knowing that a pattern can be formed by a single process by coating a photosensitive sol instead of Cr coating and photoresist (PR) on a substrate during a photo1ithography process for pattern formation. .
이하, 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명은 망상조직형성 물질인 Si02-알콕시드 화합물 69.45 내지 90.5 몰%,알칼리 화합물 9.45 내지 30.5 몰%,광감응제 0.003 내지 0.7 몰% 및 광감응제 0.01 내지 1.5 몰%가 혼합되어 있고 상기 알콕시드 화합물을 기준으로 2.2배의 에탄올과 10배의 H20가 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 졸상태의 광감응성 유리를 그 특징으로 한다.The present invention is a network-forming material of the Si0 2 -alkoxide compound 69.45 to 90.5 mol%, alkali compounds 9.45 to 30.5 mol%, 0.003 to 0.7 mol% of the photosensitive agent and 0.01 to 1.5 mol% of the photosensitive agent are mixed and an alkoxide compound sol of the photosensitive glass of characterized in that of 2.2 times to 10 times of ethanol and H 2 0 in the mixture is based on to be characterized.
이와 같은 본 발명의 광감응성 유리의 제조방법은 Si02-알콕시드 화합물 69.45 내지 90.5 몰%, 알칼리 화합물 9.45 내지 30.5 몰%,광감응제 0.003 내지 0.7 몰 및 광감응화제 0.01 내지 1.5 몰%를 혼합하고 상기 알콕시드 화합물을 기준으로 2.2배의 에탄올과 10배의 H20를 가하는 단계,Such a method of manufacturing the photosensitive glass of the present invention, Si0 2 - mixing the alkoxide compound 69.45 to 90.5 mol%, the alkali compound 9.45 to 30.5 mol%, the light-sensitive claim 0.003 to 0.7 mol and the light-sensitive agent from 0.01 to 1.5 mol% And adding 2.2 times ethanol and 10 times H 2 0 based on the alkoxide compound,
상기 혼합물을 격렬하게 교반혼합하여 광감응성 졸을 합성하는 단계,Vigorously stirring and mixing the mixture to synthesize a photosensitive sol,
상기 광감응성 졸에 기판을 침지 피복시키는 단계, 및Immersing and coating a substrate in the photosensitive sol, and
피복된 상기 기판재료를 건조 및 약 400℃로 소결공정 처리하는 단계로 이루어진다.The coated substrate material is dried and subjected to a sintering process at about 400 ° C.
또한, 이와 같이 제조된 광감응성 유리에 패턴을 형성하는 방법은 광감응성 유리의 제조공정이 완료된 후에, 광감응성 유리로 피복된 기판을 부분적으로 UV 광에 노출시키고 약 500℃로 열처리하는 단계를 추가로 실시함으로써 단일 공정으로 완료할 수 있다.In addition, the method of forming a pattern on the photosensitive glass thus prepared further comprises the step of partially exposing the substrate coated with the photosensitive glass to UV light and heat-processing to about 500 ° C. after the manufacturing process of the photosensitive glass is completed. By carrying out it can be completed in a single process.
이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.The present invention will be described in more detail as follows.
본 발명은 졸-겔법에 의해 상세하게 제조되는 광감응성 유리 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명의 광감응성 유리는 망상조직형성 물질인 SiO2-알콕시드화합물 69.45 내지 90.5 몰%, 알킬리 화합물 9.45 내지 30.5 몰%, 광감응제 0.003 내지 0.7 몰 및 광감응화제 0.01 내지 1.5 몰%를 혼합하고 상기 알콕시드 화합물을 기준으로 2.2배의 에탄올과 10배의 H2O를 가하여 격렬하게 교반 혼합함으로써 광감응성 졸을 합성하고 여기에 기판을 침지 피복한 후 건조 및 소결공정을 거쳐 제조된다.The present invention relates to a photosensitive glass prepared in detail by a sol-gel method and a method for manufacturing the same, wherein the photosensitive glass of the present invention is 69.45 to 90.5 mol%, an alkyl compound of a SiO 2 -alkoxide compound which is a network forming material. 9.45 to 30.5 mol%, 0.003 to 0.7 mol of the photosensitizer and 0.01 to 1.5 mol% of the photosensitizer are mixed, and vigorously stirred by adding 2.2 times ethanol and 10 times H 2 O based on the alkoxide compound. A photosensitive sol is synthesized and immersed and coated on a substrate, followed by drying and sintering.
여기에서 상기 Si02망상구조를 일으키는 제공원으로서 테트라에틸 오르토실리케이트[TEOS,Si(OC2H5)4]와 증류수,에탄올을 사용하여 Si02망상조직을 형성시키는 것이 바람직하며, 알칼리 화합물로서는 리륨제공원으로서 리륨이소프로폭시드(LiOC3H7)를 사용하는 것이 바람직한 바, 이들 2원소는 유리의 결정화를 위해 사용되며 상기와 같은 조성범위를 선택한 이유는 Si02-Li20계 유리에서 결정화 유리를 일으킬 수 있는 스피노달디컴퍼지션(spinodaldecomposition)영역의 조성범위이기 때문이다.A service source that causes the Si0 2 network structure herein tetraethylorthosilicate [TEOS, Si (OC 2 H 5) 4] , it is preferable to use a distilled water and ethanol to form a Si0 2 network, as the alkaline compound Lyrium providing a source to use a Lyrium isopropoxide (LiOC 3 H 7) preferred bar, these two elements are the reason is used for crystallization of glass selected a composition range as described above Si0 2- Li 2 0 in the glass-based This is because the composition range of the spinoidal decomposition region that may cause crystallized glass.
또한 본 발명의 광감응성 유리의 제조에 사용되는 광감응제로서는 질산세륨(Ⅲ)·6수화물[Ce(NO3)3·6H2O]이 바람직하고, 광감응화제로서는 질산은 (AgNO3)이 바람직하다. 이때 광감응제나 광감응화제가 과량 사용하면 Si02망상구조상의 전하 중립성을 유지하기 어렵고 은이나 세륨이 침전되므로 바람직하지 못하다.In addition, the light-sensitive first as the cerium nitrate (Ⅲ) · 6 hydrate [Ce (NO 3) 3 · 6H 2 O] is Examples of preferred, and photo sensitive agent of silver nitrate (AgNO 3) used for producing the photosensitive glass of the present invention desirable. At this time, excessive use of the photosensitizer or the photosensitizer is not preferable because it is difficult to maintain the charge neutrality of the Si0 2 network structure and silver or cerium precipitates.
본 발명의 광감응성 유리를 제조하는 다른 방법으로는, 알칼리 화합물로서 리튬아세테이트를 사용하거나 광감응제로서 염화세륨을 사용할 수 있다.As another method for producing the photosensitive glass of the present invention, lithium acetate may be used as the alkali compound or cerium chloride may be used as the photosensitive agent.
본 발명의 광감응성 유리의 제조방법은 Si02-알콕시드 화합물 69.45 내지 90.5 몰%, 알칼리 화합물 9.45 내지 30.5 몰%, 광감응제 0.003 내지 0.7 몰 및 광감응화제 0.01 내지 1.5 몰%를 혼합하고 상기 알콕시드 화합물을 기준으로 2.2배의 에탄올과 10배의 H20를 가하는 단계,Production method of the photosensitive glass of the present invention, Si0 2 - alkoxide compound 69.45 to 90.5 mol%, the alkali compound 9.45 to 30.5 mol%, the light-sensitive claim 0.003 to 0.7 mol and the light-sensitive mixed agent 0.01 to 1.5 mol%, and the Adding 2.2 times ethanol and 10 times H 2 0 based on the alkoxide compound,
상기 혼합물을 격렬하게 교반혼합하여 광감응성 졸을 형성하는 단계,Vigorously stirring and mixing the mixture to form a photosensitive sol,
상기 광감응성 졸에 기판을 침지 피복시키는 단계, 및Immersing and coating a substrate in the photosensitive sol, and
피복된 상기 기판재료를 건조 및 약 400℃로 소결공정 처리하는 단계로 이루어진다.The coated substrate material is dried and subjected to a sintering process at about 400 ° C.
이와 같은 단계를 거침으로써, 저온에서 본 발명의 고순도 고균질의 광감응성 유리를 제조할 수 있게 되는 것이다.By going through such a step, it is possible to manufacture the high purity high homogeneous photosensitive glass of the present invention at a low temperature.
더 나아가,본 발명의 광감응성 유리가 피복된 유리기판에 패턴을 형성하기 위한 방법은 전술한 광감응성유리 제조공정이 완료된 후에, 광감응성 유리로 피복된 기판을 부분적으로 UV 광에 노출시키고 약 500℃로 열처리하는 단계를 추가로 실시함으로서 종료된다.Furthermore, the method for forming a pattern on the photosensitive glass-coated glass substrate of the present invention may be performed by partially exposing the substrate coated with the photosensitive glass to UV light after the above-described photosensitive glass manufacturing process is completed. This is terminated by further performing the step of heat treatment at ° C.
이와 같이 졸-겔법에 의해 고균질, 고순도의 광감응성 유리를 저온에서 제조할 수 있었고, 특히 광감응성 졸을 이용하여 피복을 실시할 수 있었다.In this manner, a high homogeneous and high purity photosensitive glass could be produced at a low temperature by the sol-gel method, and in particular, coating could be performed using the photosensitive sol.
이러한 본 발명의 공정은 제1도에 도시한 바와 같다.This process of the present invention is as shown in FIG.
피복후에는 열처리를 실시함으로써 메타실리케이트 결정상이 이루어지는데, 이 결정상은 비노광 부위의 유리질보다 HF용액에 에칭(etching)되는 속도가 30 내지 50배 정도 빠르기 때문에 부분 에칭에 의한 패턴형성이 가능하여,반도체나 LCD의 광표지(photomark)제조공정중 Cr 피복과 포토레지스트 도포공정이 광감응성 졸 피복에 의한 광감응성 피복유리를 사용한 단일공정으로 단순화될 수 있게 되었다.After coating, heat treatment is performed to form a metasilicate crystal phase. Since the crystal phase is about 30 to 50 times faster than the glass of the non-exposed part, the pattern can be formed by partial etching. The coating process of Cr and photoresist during the photomark manufacturing process of semiconductors and LCDs can be simplified into a single process using photosensitive coating glass by photosensitive sol coating.
이하,실시예에 의거 본 발명을 더욱 구체적으로 설명할 것인 바, 이는 조금 이라도 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, which are not intended to limit the present invention in any way.
[실시예 1]Example 1
3구 플라스크(three-necked flask)내에 테트라에톡시 오르토실리케이트(TEOS)0.32g, 리튬이소프로폭시드(0.025g), 에탄올 3㎖와 물15㎖를 혼합하고 질산세륨(Ⅲ)·6수화물 1.01g과 질산은 0.015g을 첨가하여 격렬하게 교반시켜 혼합하였다.In a three-necked flask, 0.32 g of tetraethoxy orthosilicate (TEOS), lithium isopropoxide (0.025 g), 3 ml of ethanol and 15 ml of water were mixed, and cerium nitrate (III) hexahydrate 1.01. 0.015 g of g and silver nitric acid were added and mixed with vigorous stirring.
이와 같이 하여 제조된 광감응성 졸에 현미경용 슬라이드 글라스(2인치 × 1인치 ×1.1mm)를 침지시킨 후에 대기중에서 건조시켰다.The microscope slide glass (2 inches x 1 inch x 1.1 mm) was immersed in the photosensitive sol thus prepared, and then dried in air.
그 다음에는 약 400℃로 2시간동안 소결공정을 실시하여 슬라이드 글라스 위에 광감응성 유리를 피복시켰다.Then, a sintering process was performed at about 400 ° C. for 2 hours to coat the photosensitive glass on the slide glass.
제조된 광감응성 유리 피복-슬라이드 글라스를 UV 조사기를 사용하여 부분적으로 UV 광에 노출시키고 500℃로 열처리하였다.The resulting photosensitive glass-coated-slide glass was partially exposed to UV light using a UV irradiator and heat treated at 500 ° C.
검사결과, UV 광에 노출된 부분은 메타리륨 실리케이트(Li2Si03)인 결정화유리가 형성되었고 비노광 부위는 유리질로 남아 있음이 확인되었다.As a result, it was confirmed that crystallized glass, which is a metathium silicate (Li 2 Si0 3 ), was formed on the part exposed to UV light, and the non-exposed part remained glassy.
[실시예 2]Example 2
실시예 1과 동일한 방법을 반복하여 실시하되, 질산세륨(Ⅲ)·6수화물 대신에 염화세륨을 사용하고 리튬이소프로폭시드 대신에 리튬아세테이트를 사용하였다. 제조결과, 실시예 1과 동일한 제품을 얻게 되었다.The same procedure as in Example 1 was repeated, except that cerium chloride was used in place of cerium nitrate hexahydrate, and lithium acetate was used in place of lithium isopropoxide. As a result, the same product as in Example 1 was obtained.
[실시예 3]Example 3
실시예 1과 동일한 방법을 반복하여 실시하되, 리튬이소프로폭시드 대신에 리튬아세테이트를 사용하였다. 제조결과, 실시예 1과 동일한 제품을 얻게 되었다.The same method as in Example 1 was repeated, but lithium acetate was used instead of lithium isopropoxide. As a result, the same product as in Example 1 was obtained.
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