JP6966150B2 - ファラデーケージを用いたプラズマエッチング方法 - Google Patents

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Description

本明細書は、２０１７年１０月２０日付で韓国特許庁に提出された韓国特許出願第１０−２０１７−０１３６５４７号の出願日の利益を主張し、その内容のすべては本発明に組み込まれる。
本明細書は、ファラデーケージを用いたプラズマエッチング方法に関する。
ディスプレイに所望のイメージを使用者に見せるために、可視光の状態を変更するための導光板を用いることができる。導光板は、反射、屈折または回折などにより入射する可視光と相互作用が可能であり、このような相互作用を調節して使用者に所望のイメージを見せることができる。導光板に入射した光は、導光板に備えられた構造物と相互作用をして回折が起こり、これは光の波動性に起因するものであって光波の干渉として表現される。導光板内に入射した光が周期的な構造物に接する場合、光の回折によって互いに異なる方向のビームに分割されて使用者に見えることがある。
ディスプレイに所望のイメージを使用者に見せるために、可視光の状態を変更するための導光板を用いることができる。導光板は、反射、屈折または回折などにより入射する可視光と相互作用が可能であり、このような相互作用を調節して使用者に所望のイメージを見せることができる。導光板に入射した光は、導光板に備えられた構造物と相互作用をして回折が起こり、これは光の波動性に起因するものであって光波の干渉として表現される。導光板内に入射した光が周期的な構造物に接する場合、光の回折によって互いに異なる方向のビームに分割されて使用者に見えることがある。
ディスプレイを通して使用者に所望のイメージを歪みなく見せるために、導光板に入射する光がディスプレイ上で一定の強度で出力されるように導光板の微細構造物を形成するための方法の研究が必要である。
韓国登録特許公報：ＫＲ１０−１１３１１０１Ｂ１
本発明は、ファラデーケージを用いたプラズマエッチング方法を提供しようとする。
ただし、本発明が解決しようとする課題は上述した課題に制限されず、言及されていない他の課題は下記の記載から当業者に明確に理解されるであろう。
本発明の一実施態様は、プラズマエッチング装置内に、メッシュ部が上面に備えられたファラデーケージを設けるステップと、開口部を有する金属マスクが一面上に備えられた石英基材を前記ファラデーケージ内に設けるステップと、プラズマエッチングを用いて前記石英基材をエッチングするパターニングステップとを含み、前記ファラデーケージの底面は、前記金属マスクより低いイオン化傾向を有する金属を含む、ファラデーケージを用いたプラズマエッチング方法を提供する。
本発明の一実施態様に係るエッチング方法によれば、プラズマエッチングによる石英基材のエッチング時、エッチング部の底面に発生する針状構造物の形成を最小化することができる。具体的には、本発明の一実施態様に係るエッチング方法によれば、ファラデーケージの底面の金属材質と金属マスクの金属材質を適切に選択する簡単な方法でエッチング部の底面に形成される針状構造物の形成を効果的に制御することができる。
本発明の一実施態様に係るエッチング方法によれば、１回のエッチング工程により、基材上に互いに異なる傾斜パターン部を同時に形成することができるという利点がある。
本発明の一実施態様に係るエッチング方法によれば、簡単な工程で優れた精度を有する回折格子導光板用モールド基材を製造することができるという利点がある。
本発明の一実施態様に係るエッチング方法によれば、石英基材上に均一な傾きで傾斜パターンを形成することができ、さらに、傾斜パターンが深さ勾配を有するように調節することができるという利点がある。
本発明の一実施態様に係るエッチング方法を模式化したものである。 本発明の一実施態様に係る製造方法により製造されたパターニングされた石英基材を用いて製造された回折格子導光板の一例を示すものである。 参考例１および参考例２によるファラデーケージの高エッチング領域を確認するステップのための模式図を示すものである。 参考例１および参考例２によるファラデーケージの高エッチング領域を示すものである。 実施例１〜２、および比較例１〜２による傾斜エッチング時の位置ごとの垂直方向のエッチング深さを示すものである。 実施例１によりエッチングされたガラス基材のエッチング部を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したイメージである。 実施例１によりエッチングされたガラス基材のエッチング部を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したイメージである。 実施例２によりエッチングされたガラス基材のエッチング部を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したイメージである。 実施例２によりエッチングされたガラス基材のエッチング部を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したイメージである。 実施例２によりエッチングされたガラス基材のエッチング部を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したイメージである。 実施例２によりエッチングされたガラス基材のエッチング部を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したイメージである。 比較例１によりエッチングされたガラス基材のエッチング部を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したイメージである。 比較例１によりエッチングされたガラス基材のエッチング部を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したイメージである。 比較例１によりエッチングされたガラス基材のエッチング部を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したイメージである。 比較例２によりエッチングされたガラス基材のエッチング部を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したイメージである。 比較例２によりエッチングされたガラス基材のエッチング部を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したイメージである。 図５によるデータを、針状構造物が発生するエッチング速度（ｅｔｃｈ ｒａｔｅ）および針状構造物が発生する区間に切り替えたグラフを示すものである。 実施例１、実施例３〜４および、比較例３による傾斜エッチング時の位置ごとの垂直方向のエッチング深さを、針状構造物が発生するエッチング速度（ｅｔｃｈ ｒａｔｅ）および針状構造物が発生する区間に切り替えたグラフを示すものである。 比較例３によりエッチングされたガラス基材のエッチング部を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したイメージである。 比較例３によりエッチングされたガラス基材のエッチング部を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したイメージである。 比較例３によりエッチングされたガラス基材のエッチング部を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したイメージである。 実施例３によりエッチングされたガラス基材のエッチング部を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したイメージである。 実施例３によりエッチングされたガラス基材のエッチング部を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したイメージである。 実施例４によりエッチングされたガラス基材のエッチング部を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したイメージである。 実施例４によりエッチングされたガラス基材のエッチング部を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したイメージである。 実施例４によりエッチングされたガラス基材のエッチング部を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したイメージである。 実施例４によりエッチングされたガラス基材のエッチング部を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したイメージである。
本明細書において、ある部分がある構成要素を「含む」とする時、これは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに包含できることを意味する。
本明細書において、ある部材が他の部材の「上に」位置しているとする時、これは、ある部材が他の部材に接している場合のみならず、２つの部材の間にさらに他の部材が存在する場合も含む。
本明細書において、使われる用語「〜（する）ステップ」または「〜のステップ」は、「〜のためのステップ」を意味しない。
本発明におけるファラデーケージは、導体からなる密閉空間を意味し、プラズマ内にファラデーケージを設けると、ケージの外表面にシース（ｓｈｅａｔｈ）が形成されて内部は電場が一定の状態に維持される。この時、ファラデーケージの上面をメッシュ部に形成すれば、シースがメッシュ部の表面に沿って形成される。そのため、ファラデーケージを用いたプラズマエッチングを行う場合、メッシュ部の表面に水平に形成されたシースと垂直な方向に加速されたイオンは、ファラデーケージの内部に入射した後、入射する時の方向性を維持しながら基材まで到達して基材をエッチングする。さらに、本発明におけるファラデーケージ内部の基材の表面は、メッシュ面に対して水平または傾いた状態で固定されており、イオンはメッシュ面に垂直な方向に入射するので、基材の表面に対して垂直または傾いた方向へのエッチングが可能である。具体的には、本発明の一実施態様に係るファラデーケージは、上面が導電性を有するメッシュ部から構成された導電体ケージであってもよい。また、本発明の一実施態様によれば、前記プラズマエッチングのエッチング方向は、前記ファラデーケージのメッシュ部の表面に垂直な方向であってもよい。
ファラデーケージを用いたプラズマエッチングの場合、メッシュ部を通過したイオンは、基材に向けて移動する間、ファラデーケージの内部に存在する中性粒子と衝突して運動エネルギーを失い、これによって、イオンの密度はメッシュ部の距離に反比例する傾向を有する。すなわち、イオンが入射するメッシュ部に近いほど高いエッチング速度を示し、メッシュ部から遠くなるほど低いエッチング速度を示す。既存のファラデーケージを用いたプラズマエッチングは、基材の直径が増加する場合、または傾斜エッチングにおいてメッシュ部と基材の下端の距離が過度に遠くなる場合、エッチング均一度問題のため制限的に使用されるしかなかった。具体的には、既存のファラデーケージを用いたプラズマエッチング時、ファラデーケージの位置ごとに高エッチング領域と低エッチング領域とが不規則に混在して、エッチング時の正確度を高めることが困難であり、イオンの進行距離が長くなる場合、イオンビームの直径が大きくなるイオンビーム分散効果などの限界が存在していた。
また、プラズマエッチング、具体的には、誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング装置（ＩＣＰ−ＲＩＥ）を用いた石英基材のエッチング工程時、自己マスキング現象（ｓｅｌｆ−ｍａｓｋｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）によってエッチング領域内に低い反射率を有する針状構造物が形成される問題点がある。このような針状構造物は、ブラックシリコンとも称され、数十から数百ｎｍの直径の針状にエッチング領域に存在して、石英基材の表面の反射率を大きく低下させ、精密なエッチングを妨げる要素として作用する。
本発明者らは、ファラデーケージを用いたプラズマエッチングに関する研究を続けた結果、前記針状構造物の発生を抑制できる因子を見出して、下記のような発明を導出するに至った。
以下、本明細書についてより詳細に説明する。
本発明の一実施態様は、プラズマエッチング装置内に、メッシュ部が上面に備えられたファラデーケージを設けるステップと、開口部を有する金属マスクが一面上に備えられた石英基材を前記ファラデーケージ内に設けるステップと、プラズマエッチングを用いて前記石英基材をエッチングするパターニングステップとを含み、前記ファラデーケージの底面は、前記金属マスクより低いイオン化傾向を有する金属を含む、ファラデーケージを用いたプラズマエッチング方法を提供する。
本発明者らは、ファラデーケージを用いたプラズマエッチングに関する研究を続けた結果、ファラデーケージの底面材質とパターニングのための金属マスク材質とのイオン化傾向の差によってエッチング対象である石英基材に発生する針状構造物の形成を制御できることを見出した。具体的には、本発明者らは、ファラデーケージの底面材質のイオン化傾向が金属マスク材質のイオン化傾向より低いときに、石英基材のパターニング時、針状構造物の発生を最小化できることを見出した。
本発明の一実施態様によれば、前記石英基材は、ガラスまたはシリコンウエハであってもよい。
本発明の一実施態様によれば、前記ファラデーケージの底面は、前記金属マスクの標準還元電位より１Ｖ以上高い金属を含むことができる。具体的には、前記ファラデーケージの底面は、前記金属マスクの標準還元電位より１Ｖ以上高い金属からなってもよい。また、前記ファラデーケージの底面を構成する金属の平均標準還元電位は、前記金属マスクの標準還元電位より１Ｖ以上高くてもよい。前記ファラデーケージの底面を構成する金属の平均標準還元電位は、前記ファラデーケージの底面を構成する金属の含有量と標準還元電位を考慮して計算される。例えば、１８ｗｔ％のＣｒ、８ｗｔ％のＮｉ、および７４ｗｔ％のＦｅからなるＳＵＳ３０４の場合、平均標準還元電位は−０．３３３Ｖであってもよい。参照として、Ｃｒの標準還元電位は−０．７４Ｖ、Ｆｅの標準還元電位は−０．４５Ｖ、Ｎｉの標準還元電位は−０．２６Ｖ、Ａｌの標準還元電位は−１．６６Ｖ、Ｃｕの標準還元電位は０．３４Ｖである。
本発明の一実施態様によれば、前記ファラデーケージの底面は、前記金属マスクの標準還元電位より１Ｖ以上、１．５Ｖ以上、または１．９Ｖ以上高い金属を含むことができる。また、本発明の一実施態様によれば、前記ファラデーケージの底面を構成する金属の平均標準還元電位は、前記金属マスクの標準還元電位より１Ｖ以上、１．５Ｖ以上、または１．９Ｖ以上高いものであってもよい。
前記ファラデーケージの底面に含まれる金属の標準還元電位が前記のような場合、石英基材のパターニング時、針状構造物の発生が最小化され、ひいては、発生する針状構造物の大きさが最小化できる。
本発明の一実施態様によれば、前記金属マスクは、アルミニウムおよびクロムのうちの少なくとも１種を含む。具体的には、前記金属マスクは、アルミニウムからなるものであってもよい。
本発明の一実施態様によれば、前記ファラデーケージの底面は、鉄、ニッケル、および銅のうちの少なくとも１種を含むものであってもよい。具体的には、前記ファラデーケージの底面は、銅または鉄、クロム、およびニッケルの合金であるステンレス鋼素材の金属板であってもよい。
本発明の一実施態様によれば、前記金属マスクは、アルミニウム素材のマスクであり、前記ファラデーケージの底面は、銅素材またはＳＵＳ３０４ステンレス鋼素材の金属板であってもよい。
本発明の一実施態様によれば、前記金属マスクは、アルミニウムおよびクロムのうちの少なくとも１種を含み、前記ファラデーケージの底面は、銅を含むものであってもよい。具体的には、前記金属マスクは、純度９５％以上のアルミニウムで形成されたものであり、前記ファラデーケージの底面は、純度９５％以上の銅板であってもよい。
本願発明のように、ファラデーケージの底面材質のイオン化傾向が金属マスク材質のイオン化傾向より低い場合、および／またはファラデーケージの底面材質の標準還元電位が金属マスク材質の標準還元電位より１Ｖ以上高い場合、石英基材のパターニング時、針状構造物の発生が著しく抑制され、発生する針状構造物の大きさを著しく小さく抑制することができる。
本発明の一実施態様によれば、前記パターニングステップは、前記プラズマエッチング装置の出力を０．７５ｋＷ以上４ｋＷ以下に調節することを含むことができる。具体的には、前記プラズマエッチング装置の出力は、０．７５ｋＷ以上３ｋＷ以下、０．７５ｋＷ以上１．５ｋＷ以下、または０．７５ｋＷ以上１ｋＷ以下に調節可能である。
前記プラズマエッチング装置の出力を前記範囲内に調節する場合、石英基材をパターニングする場合に発生する針状構造物の形成をより抑制し、発生する針状構造物の大きさを著しく小さく抑制することができる。
本発明の一実施態様によれば、前記パターニングステップは、前記プラズマエッチング装置に反応性ガスおよび酸素ガスを含む混合ガスを１０ｓｃｃｍ以上７５ｓｃｃｍ以下で供給することを含むことができる。具体的には、前記パターニングステップは、前記プラズマエッチング装置に前記混合ガスを１５ｓｃｃｍ以上７５ｓｃｃｍ以下、２５ｓｃｃｍ以上７０ｓｃｃｍ以下、３０ｓｃｃｍ以上７０ｓｃｃｍ以下、４０ｓｃｃｍ以上６０ｓｃｃｍ以下、または４５ｓｃｃｍ以上５５ｓｃｃｍ以下で供給することを含むことができる。
前記反応性ガスの供給流量を前記範囲に調節する場合、石英基材をパターニングする場合に発生する針状構造物の形成をより抑制し、発生する針状構造物の大きさを著しく小さく抑制することができる。
本発明の一実施態様によれば、前記反応性ガスは、プラズマエッチング時に使用する一般的な反応性ガスを使用することができる。例えば、ＳＦ６、ＣＨＦ３、Ｃ４Ｆ８、ＣＦ４、およびＣｌ２などのガスを用いることができる。
本発明の一実施態様によれば、前記パターニングステップは、前記プラズマエッチング装置に反応性ガスおよび酸素ガスを含む混合ガスを供給するが、前記混合ガスの総流量中の酸素ガス流量の含有量は、１％以上２０％以下であってもよい。具体的には、前記混合ガスの総流量中の酸素ガス流量の含有量は、１％以上１５％以下、１％以上１０％以下、または１％以上５％以下であってもよい。
前記混合ガス流量中の酸素流量の含有量が前記範囲内の場合、石英基材をパターニングする場合に発生する針状構造物の形成をより抑制し、発生する針状構造物の大きさを著しく小さく抑制することができる。
本発明の一実施態様によれば、前記パターニングされた石英基材のエッチング部の底面は、針状構造物の高さが５０ｎｍ以下に制御されたものであってもよい。
本発明の一実施態様によれば、前記パターニングされた石英基材のエッチング部の底面は、針状構造物の直径が５０ｎｍ以下に制御されたものであってもよい。
一般的なファラデーケージを用いたプラズマエッチング時、石英基材のエッチング部には１００ｎｍ以上の高さおよび５０ｎｍ以上の直径を有する針状構造物が形成されてパターニングの精度が低下することがある。これに対し、本発明の一実施態様に係るエッチング方法は、金属マスクの材質およびファラデーケージの底面材質を調節して、エッチング時に発生する針状構造物の形成を防止することができ、または発生する針状構造物の高さおよび直径を前記範囲内に抑制することができるという利点がある。
前記ファラデーケージのメッシュ部は、プラズマエッチング時、プラズマとの接触面で自由電子を引き寄せてシースを形成させることができる。また、前記メッシュ部は、導電性を有することができ、これによって正電荷を有するイオンを引き寄せて加速させることができる。さらに、前記メッシュ部は、前記ファラデーケージの一面に平坦に備えられ、屈曲部がある場合、屈曲部でのエッチング速度が局部的に異なり得る。
本発明の一実施態様によれば、前記メッシュ部は、０．５Ω／□以上の面抵抗を有するものであってもよい。具体的には、本発明の一実施態様によれば、前記メッシュ部の面抵抗は、０．５Ω／□以上１００Ω／□以下であってもよい。
前記メッシュ部の面抵抗が０．５Ω／□以上の場合、プラズマエッチング時、ファラデーケージ内の高エッチング領域と低エッチング領域とが一定に形成される。また、前記メッシュ部の面抵抗が０．５Ω／□未満の場合、プラズマエッチング時、ファラデーケージの位置ごとのエッチング速度が不規則に形成されて、精密なエッチングを行いにくい問題がある。さらに、前記メッシュ部の面抵抗は、０．５Ω／□以上であれば、ファラデーケージ内の高エッチング領域と低エッチング領域とが一定に形成され、面抵抗が１００Ω／□を超える場合、効果の上昇はわずかであり、製造費用の増加のみ発生しうる。
本発明の一実施態様によれば、前記メッシュ部は、金属メッシュ上にフッ化炭素ラジカルが吸着されたものであってもよい。具体的には、前記フッ化炭素ラジカルは、−ＣＦ、−ＣＦ２、−ＣＦ３、または−Ｃ２Ｆｘ（ｘ＝１〜５の整数）であってもよい。具体的には、前記ファラデーケージの前記メッシュ部は、プラズマエッチング時、Ｆラジカルによるエッチングおよび表面重合によってフッ化炭素ラジカルがメッシュ部に吸着される。
本発明の一実施態様によれば、前記メッシュ部は、金属のような導電性を有する物質上に前記フッ化炭素ラジカルが吸着されて、前記のような面抵抗を示すことができる。
本発明の一実施態様によれば、前記メッシュ部は、ステンレス材質のメッシュを使用することができる。具体的には、ＳＵ３０４材質の＃２００（ピッチ１２５μｍ、ワイヤ直径５０μｍ、開口率３６％）商用メッシュを使用することができる。ただし、これに限定されるものではなく、前記メッシュ部は、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ、Ｎｉ、Ｆｅ、およびこれらの少なくとも２種を含む合金を材料とするものであってもよい。さらに、前記メッシュの孔隙率および格子の大きさは、エッチングの用途に応じて自由に調節可能である。
本発明の一実施態様によれば、前記ファラデーケージの底面にサンプル基材を設け、平面プラズマエッチングを行って、前記ファラデーケージ内の高エッチング領域を確認するステップと、傾斜面を有する支持台を用意し、前記傾斜面の下部領域を前記ファラデーケージの高エッチング領域に位置させる支持台整列ステップとをさらに含み、前記石英基材を前記ファラデーケージ内に設けるステップは、前記支持台の傾斜面上に前記石英基材を設けるものであってもよい。
前記ファラデーケージ内の高エッチング領域を確認するステップは、前記ファラデーケージの底面にサンプル基材を設けた後、プラズマエッチングを用いた平面エッチングを行った後、エッチングされたサンプル基材を検査して、ファラデーケージ内の高エッチング領域と低エッチング領域の分布を確認するものであってもよい。
前述のように、本発明に係るファラデーケージは、０．５Ω／□以上の面抵抗を有するメッシュ部を設けることにより、ファラデーケージ内の高エッチング領域と低エッチング領域とが一定に形成され、前記ファラデーケージ内の高エッチング領域を確認するステップにより、一定に形成される高エッチング領域を確認することができる。
本発明の一実施態様によれば、前記高エッチング領域は、前記サンプル基材上に線状に示されるものであってもよい。前記高エッチング領域は、ファラデーケージの下部面に対して幅の狭い直線または曲線領域で示されるものであってもよい。
したがって、本発明の一実施態様によれば、前記高エッチング領域がファラデーケージの下部面に対して線状に示されるので、前記モールド用基材を高エッチング領域に配置することが容易であり得る。これによって、前記モールド用基材上に深さ勾配を有する傾斜パターン部をより精密に形成することができる。
本発明の一実施態様によれば、前記ファラデーケージ内の高エッチング領域を確認するステップの後、前記サンプル基材を前記ファラデーケージから除去することができる。
前記サンプル用基材は、プラズマエッチング時、領域ごとのエッチング速度を確認できるものであれば制限なく適用可能である。
本発明の一実施態様によれば、前記支持台の傾斜面の下部領域を前記高エッチング領域に位置させる場合、下記のパターニングステップにおけるエッチング率は、前記傾斜面の上部領域から下部領域へ減少後に反転して増加する傾向性を示す。具体的には、前記ファラデーケージのメッシュ面の近くに位置する支持台の傾斜面の上部領域は高いエッチング率を示し、下部領域へいくほどエッチング率は次第に低くなる。さらに、前記支持台の下部領域は高エッチング領域に位置するので、エッチング率は反転して次第に増加する傾向性を有する。
本発明の一実施態様によれば、前記石英基材は、前記支持台の傾斜面上に備えられ、前述したエッチング率の傾向性を利用したエッチングの対象になり得る。
本発明の一実施態様によれば、前記パターニングステップは、前記石英基材の一側に第１傾斜パターン部および前記石英基材の他側に第２傾斜パターン部を同時に形成するものであり、前記第１傾斜パターン部は、深さ勾配を有する傾斜溝パターンを含み、前記第２傾斜パターン部は、０ｎｍ〜５０ｎｍの深さ偏差を有する傾斜溝パターンを含むものであってもよい。
前記第１傾斜パターン部は、前記傾斜面の上部側に備えられた前記モールド用基材の一面上に設けられ、前記第２傾斜パターン部は、前記傾斜面の下部側に備えられた前記モールド用基材の一面上に設けられたものであってもよい。また、前記第１傾斜パターン部は、前記傾斜面の下部側に備えられた前記モールド用基材の一面上に設けられ、前記第２傾斜パターン部は、前記傾斜面の上部側に備えられた前記モールド用基材の一面上に設けられたものであってもよい。
本発明の一実施態様によれば、前記プラズマエッチングは、誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング装置（ＩＣＰ−ＲＩＥ）を用いることができる。具体的には、前記パターニングステップは、誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング装置の内部に前記ファラデーケージを設けて行われるものであってもよい。また、前記プラズマエッチングは、ヘリコンプラズマ方式、ヘリカル共振プラズマ方式、電子共鳴プラズマ方式も適用可能である。
本発明の一実施態様によれば、前記パターニングステップにおけるエッチング率は、前記傾斜面の上部領域から下部領域へ減少後に反転して増加することができる。
本発明の一実施態様によれば、前記パターニングステップにおけるエッチング方向は、前記ファラデーケージの下面に垂直な方向であってもよい。前記パターニングステップにおけるエッチング方向は、前記ファラデーケージの下面に垂直方向であるので、前記傾斜面を有する支持台を用いて第１傾斜パターン部および第２傾斜パターン部を形成することができる。
本発明の一実施態様によれば、前記支持台の傾斜角は、０゜以上６０゜以下、または３５゜以上４５゜以下であってもよい。前記支持台の傾斜角を調節することにより、前記第１傾斜パターン部および前記第２傾斜パターン部の傾斜角を調節することができる。
前記支持台の傾斜角を前記範囲に調節することにより、前記第１傾斜パターン部および前記第２傾斜パターン部のパターンの平均傾斜角を０゜〜５５゜、または３０゜〜４０゜に調節することができる。例えば、前記支持台の傾斜角を３５゜に調節する場合、前記第１傾斜パターン部および前記第２傾斜パターン部のパターンの最小傾斜角は２７゜、最大傾斜角は３６゜、平均傾斜角は３３゜に調節可能である。また、前記支持台の傾斜角を４０゜に調節する場合、前記第１傾斜パターン部および前記第２傾斜パターン部のパターンの最小傾斜角は３２゜、最大傾斜角は４０゜、平均傾斜角は３６゜に調節可能である。
本発明は、ファラデーケージのメッシュ部の面抵抗を調節して、前記ファラデーケージ内のプラズマエッチング速度の傾向性を調節することができ、前記傾斜面を有する支持台の位置を調節して、前記第１傾斜パターン部と第２傾斜パターン部とを１回の工程により製造することができる。
本発明の一実施態様によれば、前記金属マスクは、前記第１傾斜パターン部および前記第２傾斜パターン部を形成するためのものであってもよいし、前記マスクの開口パターン部は、前記第１傾斜パターン部と前記第２傾斜パターン部に対応する領域であり得る。
本発明の一実施態様によれば、前記第１傾斜パターン部は、深さ勾配を有する傾斜溝パターンを含むことができる。具体的には、本発明の一実施態様によれば、前記第１傾斜パターン部は、前記エッチング率が反転して増加する前の領域、または前記エッチング率が反転した後に増加する領域で形成されるものであってもよい。
本発明の一実施態様によれば、前記第１傾斜パターン部は、溝パターンの深さが漸進的に増加または減少する領域を含むことができる。具体的には、前記第１傾斜パターン部が前記支持台の傾斜面の上部側で形成される場合、前記石英基材の中心領域へいくほど溝パターンの深さが漸進的に減少することができる。また、前記第１傾斜パターン部が前記支持台の傾斜面の下部側で形成される場合、前記石英基材の中心領域へいくほど溝パターンの深さが漸進的に減少することができる。
本発明の一実施態様によれば、前記第１傾斜パターン部の傾斜溝パターンの最小深さと最大深さとの差は、１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下であってもよい。
本発明の一実施態様によれば、前記第２傾斜パターン部は、０ｎｍ〜５０ｎｍの深さ偏差を有する傾斜溝パターンを含むことができる。具体的には、前記第２傾斜パターン部は、相対的に狭い領域に形成されて、溝パターンの深さが一定であり得る。
本発明の一実施態様によれば、前記第２傾斜パターン部の傾斜溝パターンの深さは、前記第１傾斜パターン部の傾斜溝パターンの最大深さの７０％〜１３０％であってもよい。具体的には、本発明の一実施態様によれば、前記第２傾斜パターン部の傾斜溝パターンの深さは、前記第１傾斜パターン部の傾斜溝パターンの最大深さの８０％〜１２０％であってもよい。
本発明の一実施態様によれば、前記傾斜面の最上部のエッチング速度と前記傾斜面の最下部のエッチング速度との差は、３０％以内であってもよい。具体的には、本発明の一実施態様によれば、前記傾斜面の最上部のエッチング速度と前記傾斜面の最下部のエッチング速度との差は、２０％以内であってもよい。
具体的には、前記パターニングステップにおけるエッチング速度は、前記支持台の傾斜面の上部および下部に高いエッチング速度を示すので、前記第２傾斜パターン部の傾斜溝パターンの深さと前記第１傾斜パターン部の傾斜溝パターンの最大深さとを類似にすることができる。
図１は、本発明の一実施態様に係るエッチング方法を模式化したものである。具体的には、図１は、ファラデーケージ内に傾斜面を有する支持台を設けた後、傾斜面上に石英基材を設け、プラズマエッチングを用いて基材上にパターニングすることを示すものである。図１に示すように、支持台の傾斜面の上部と下部は、高いエッチング速度を有しており、傾斜面の中間部は、相対的に低いエッチング速度を有している。
本発明の一実施態様によれば、前記第２傾斜パターン部は、回折格子導光板から光が入射する領域に対応する領域であり得る。また、前記第１傾斜パターン部は、回折格子導光板から光が抽出される領域に対応するものであってもよい。
図２は、本発明の一実施態様に係る製造方法により製造されたパターニングされた石英基材を用いて製造された回折格子導光板の一例を示すものである。具体的には、図２は、前記パターニングされた石英基材を用いて製造された回折格子導光板を示すものであって、回折格子導光板の第１傾斜溝部パターンに対応する領域に光が入射した後、第２傾斜溝部パターンに対応する領域で光が抽出されて使用者にディスプレイ情報が提供されることを示すものである。前記第２傾斜溝部パターンに対応する領域は、傾斜パターン構造物が高さ勾配を有しているので、位置に応じて一定の光が抽出される。
本発明の一実施態様によれば、パターニングされた前記石英基材は、回折格子導光板用モールド基材であってもよい。具体的には、前記パターニングステップは、前記石英基材に回折格子パターンを形成するものであってもよい。より具体的には、前記回折格子パターンは、前述した第１傾斜パターン部および第２傾斜パターン部であってもよい。
本発明の一実施態様は、前記ファラデーケージを用いたプラズマエッチング方法を用いて回折格子パターンが形成された石英基材を用意するステップと、前記回折格子パターンが形成された石英基材上に樹脂組成物を塗布するステップと、前記回折格子パターンが形成される面の反対面上に透明基材を設けるステップと、前記樹脂組成物を硬化して回折格子パターンを形成するステップと、前記石英基材と前記回折パターンとを分離して回折格子導光板を形成するステップとを含む回折格子導光板の製造方法を提供する。
前記樹脂組成物は、当業界で一般的に用いられる樹脂組成物であれば制限なく使用することができる。さらに、前記樹脂組成物を塗布するステップは、スピンコーティング、ディップコーティング、ドロップキャスティングなど当業界で一般的に用いられるコーティング方法を用いて行われる。
前記回折格子導光板の製造方法は、前述したファラデーケージを用いたプラズマエッチング方法でパターニングされた石英基材を用いることを除けば、一般的なパターン層を形成する方法が適用可能である。
前記回折格子導光板は、直接回折格子導光板として使用できる。また、前記回折格子導光板を中間モールドとして用いて、これを複製する方法で最終生産品を製造することもできる。具体的には、前記製造された回折格子導光板を中間モールドとして回折格子導光板用モールドを製造した後、回折格子導光板を製造する場合、中間モールドとして用いられた回折格子導光板の格子パターンの傾きが反転したものを得ることができる。さらに、格子パターンの傾きが反転した回折格子導光板を中間モールドとしても用いて回折格子導光板用モールドを製造した後、回折格子導光板を製造する場合、最初の回折格子導光板と同じ方向の格子パターンを実現することができる。
［実施例］
以下、本発明を具体的に説明するために実施例を挙げて詳細に説明する。しかし、本発明に係る実施例は種々の異なる形態に変形可能であり、本発明の範囲が以下に述べる実施例に限定されると解釈されない。本明細書の実施例は、当業界における平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。
［参考例１］
メッシュ部の面抵抗が０．５６０５Ω／□であり、底面がステンレス（ＳＵＳ３０４）プレートであるファラデーケージを用意した。そして、誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング装置（ＩＣＰ−ＲＩＥ）（Ｏｘｆｏｒｄ社のｐｌａｓｍａＬａｂ ｓｙｓｔｅｍ１００）内に前記ファラデーケージを設けた後、平面エッチングを行って、ファラデーケージ内の高エッチング領域を確認した。
［参考例２］
メッシュ部の面抵抗が０．２３Ω／□であり、底面がステンレス（ＳＵＳ３０４）プレートであるファラデーケージを用意した。そして、誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング装置（ＩＣＰ−ＲＩＥ）（Ｏｘｆｏｒｄ社のｐｌａｓｍａＬａｂ ｓｙｓｔｅｍ１００）内に前記ファラデーケージを設けた後、平面エッチングを行って、ファラデーケージ内の高エッチング領域を確認した。
図３は、前記参考例１および参考例２によるファラデーケージの高エッチング領域を確認するステップのための模式図を示すものである。
さらに、参考例１および参考例２によるファラデーケージのメッシュ部の面抵抗測定時の条件および面抵抗結果は、下記表１の通りであった。
Figure 0006966150
図４は、参考例１および参考例２によるファラデーケージの高エッチング領域を示すものである。具体的には、図４は、誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング装置（ＩＣＰ−ＲＩＥ）内に参考例１および参考例２によるファラデーケージをそれぞれ設けた後、平面エッチングを行って、ファラデーケージ内の高エッチング領域を示すものである。図４にて明るい領域は高エッチング領域を意味する。低い面抵抗値を有するメッシュ部を備えた参考例２によるファラデーケージの場合、高エッチング領域が非常に不規則的であり、広い領域に分布していることを確認することができる。これに対し、０．５Ω／□以上の面抵抗値を有するメッシュ部を備えた参考例１によるファラデーケージの場合、幅の狭い線状の高エッチング領域が現れることを確認することができる。
［実施例１］
厚さ２ｍｍのガラス基材上にＡｌを蒸着してＡｌ層を形成した。さらに、Ａｌ層上にフォトレジストをスピンコーティングした後、４０５ｎｍのピッチを有するフォトマスクを用いてＵＶ硬化でフォトレジストを現像した後、Ａｌ層を選択的にエッチングして、ガラス基材上にＡｌ金属マスクを形成した。
前記参考例１による前記ファラデーケージ内に４０゜の傾斜を有するＡｌ材質の支持台を設けた後、前記Ａｌ金属マスクが備えられたガラス基材を前記支持台上に設けた。
そして、ＩＣＰ−ＲＩＥ（Ｏｘｆｏｒｄ社のｐｌａｓｍａＬａｂ ｓｙｓｔｅｍ１００）を用いてプラズマエッチングを行い、反応性ガスとして、Ｏ２およびＣ４Ｆ８を５：４５の比率で混合して５０ｓｃｃｍの流速で供給した。また、エッチング条件として、ＩＣＰ ｐｏｗｅｒ２ｋＷ、作動圧力７〜１０ｍＴｏｒｒとして３分間エッチングした。
［実施例２］
ファラデーケージの底面を、ＳＵＳ３０４プレートではないＣｕプレートを適用したことを除き、実施例１と同様の方法でガラス基材をエッチングした。
［比較例１］
ファラデーケージの底面を、ＳＵＳ３０４ではないＡｌプレートを適用したことを除き、実施例１と同様の方法でガラス基材をエッチングした。
［比較例２］
ファラデーケージの底面を、ＳＵＳ３０４ではないガラス（ＳｉＯ２）を適用したことを除き、実施例１と同様の方法でガラス基材をエッチングした。
図５は、実施例１〜２、および比較例１〜２による傾斜エッチング時の位置ごとの垂直方向のエッチング深さを示すものである。図５の横軸は、メッシュ面に近く位置するガラス基材の一側から他の側までの距離を意味し、縦軸は、位置ごとにエッチングされた垂直深さを示すものである。図５にて、実施例１〜２、および比較例１〜２それぞれのデータにおいて円形で表示されたものは、針状構造物が発見される区間を表示したものである。また、図５にて、各グラフの円で表示されたものは、針状構造物が形成される区間を意味するものであって、例えば、比較例１および２の場合、エッチング領域である約５ｍｍ〜約５５ｍｍの区間領域ですべて針状構造物が発生したことを意味する。
図６Ａおよび図６Ｂは、実施例１によりエッチングされたガラス基材のエッチング部を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したイメージである。具体的には、図６Ａは、メッシュ面に近く位置するガラス基材の一側から約５５ｍｍの距離におけるエッチング部を撮影したイメージであり、図６Ｂは、メッシュ面に近く位置するガラス基材の一側から約４０ｍｍの距離におけるエッチング部を撮影したイメージである。図６Ａおよび図６Ｂにおける符号は、図５における位置による符号と同じ位置を示すものである。
図７Ａ〜図７Ｄは、実施例２によりエッチングされたガラス基材のエッチング部を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したイメージである。具体的には、図７Ａは、メッシュ面に近く位置するガラス基材の一側から約５ｍｍの距離におけるエッチング部を撮影したイメージであり、図７Ｂは、メッシュ面に近く位置するガラス基材の一側から約２０ｍｍの距離におけるエッチング部を撮影したイメージであり、図７Ｃは、メッシュ面に近く位置するガラス基材の一側から約２５ｍｍの距離におけるエッチング部を撮影したイメージであり、図７Ｄは、メッシュ面に近く位置するガラス基材の一側から約５５ｍｍの距離におけるエッチング部を撮影したイメージである。図７Ａ〜図７Ｄにおける符号は、図５における位置による符号と同じ位置を示すものである。
図８Ａ〜図８Ｃは、比較例１によりエッチングされたガラス基材のエッチング部を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したイメージである。具体的には、図８Ａは、メッシュ面に近く位置するガラス基材の一側から約１０ｍｍの距離におけるエッチング部を撮影したイメージであり、図８Ｂは、メッシュ面に近く位置するガラス基材の一側から約４０ｍｍの距離におけるエッチング部を撮影したイメージであり、図８Ｃは、メッシュ面に近く位置するガラス基材の一側から約４５ｍｍの距離におけるエッチング部を撮影したイメージである。図８Ａ〜図８Ｃにおける符号は、図５における位置による符号と同じ位置を示すものである。
図９Ａおよび図９Ｂは、比較例２によりエッチングされたガラス基材のエッチング部を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したイメージである。具体的には、図９Ａは、メッシュ面に近く位置するガラス基材の一側から約１５ｍｍの距離におけるエッチング部を撮影したイメージであり、図９Ｂは、メッシュ面に近く位置するガラス基材の一側から約４５ｍｍの距離におけるエッチング部を撮影したイメージである。図９Ａおよび図９Ｂにおける符号は、図５における位置による符号と同じ位置を示すものである。
さらに、図１０は、図５によるデータを、針状構造物が発生するエッチング速度（ｅｔｃｈ ｒａｔｅ）および針状構造物が発生する区間に切り替えたグラフを示すものである。具体的には、図１０の横軸は、図５のエッチングされた垂直深さにエッチング時間の３分を割って換算されたエッチング速度を意味し、縦軸は、ガラス基材内に針状構造物が発生した区間を示すものである。
前記図５〜図１０を参照すれば、比較例１および２に比べて、実施例１および２による傾斜エッチング時に針状構造物が出現するエッチング速度の範囲が大きく狭くなり、針状構造物が発生する区間を大きく低減可能であることを確認することができる。
［比較例３］
支持台の材質をテフロン（登録商標）高分子に変更したことを除けば、実施例１と同様の方法でガラス基材をエッチングした。
［実施例３］
支持台の材質をＣｕに変更したことを除けば、実施例１と同様の方法でガラス基材をエッチングした。
［実施例４］
支持台の材質をＣｕに変更し、ファラデーケージの底面をＣｕプレートで適用したことを除き、実施例１と同様の方法でガラス基材をエッチングした。
図１１は、実施例１、実施例３〜４および、比較例３による傾斜エッチング時の位置ごとの垂直方向のエッチング深さを、針状構造物が発生するエッチング速度（ｅｔｃｈ ｒａｔｅ）および針状構造物が発生する区間に切り替えたグラフを示すものである。具体的には、図１１の横軸は、領域ごとにエッチングされた垂直深さにエッチング時間の３分を割って換算されたエッチング速度を意味し、縦軸は、ガラス基材内に針状構造物が発生した区間を示すものである。
図１２Ａ〜図１２Ｃは、比較例３によりエッチングされたガラス基材のエッチング部を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したイメージである。具体的には、図１２Ａは、エッチング速度が約４５ｎｍ／ｍｉｎでのエッチング部を撮影したイメージであり、図１２Ｂは、エッチング速度が約６０ｎｍ／ｍｉｎでのエッチング部を撮影したイメージであり、図１２Ｃは、エッチング速度が約８０ｎｍ／ｍｉｎでのエッチング部を撮影したイメージである。図１２Ａ〜図１２Ｃにおける符号は、図１１におけるエッチング速度による符号と同じ位置を示すものである。
図１３Ａおよび図１３Ｂは、実施例３によりエッチングされたガラス基材のエッチング部を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したイメージである。具体的には、図１３Ａは、エッチング速度が約６０ｎｍ／ｍｉｎでのエッチング部を撮影したイメージであり、図１３Ｂは、エッチング速度が約１００ｎｍ／ｍｉｎでのエッチング部を撮影したイメージである。図１３Ａおよび図１３Ｂにおける符号は、図１１におけるエッチング速度による符号と同じ位置を示すものである。
図１４Ａ〜図１４Ｄは、実施例４によりエッチングされたガラス基材のエッチング部を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したイメージである。具体的には、図１４Ａは、エッチング速度が約３０ｎｍ／ｍｉｎでのエッチング部を撮影したイメージであり、図１４Ｂは、エッチング速度が約６０ｎｍ／ｍｉｎでのエッチング部を撮影したイメージであり、図１４Ｃは、エッチング速度が約７０ｎｍ／ｍｉｎでのエッチング部を撮影したイメージであり、図１４Ｄは、エッチング速度が約１１０ｎｍ／ｍｉｎでのエッチング部を撮影したイメージである。図１４Ａ〜図１４Ｄにおける符号は、図１１におけるエッチング速度による符号と同じ位置を示すものである。
具体的には、図１１〜図１４によれば、支持台の材質が金属ではない高分子である比較例３の場合、針状構造物の発生する区間が広く分布し、針状構造物が出現するエッチング速度の範囲も広く分布することが分かる。これに対し、金属マスクと同一またはそれ以上の標準還元電位を有する金属材質の支持台を用いる場合、比較例に比べて針状構造物が発生する区間およびエッチング速度の範囲が著しく減少したことを確認することができる。特に、実施例４のように、支持台およびファラデーケージの底面を金属マスク材質の標準還元電位より高いＣｕ材質で適用する場合、はるかに針状構造物の出現を抑制することができた。

Claims (15)

  1. プラズマエッチング装置内に、メッシュ部が上面に備えられたファラデーケージを設けるステップと、
    開口部を有する金属マスクが一面上に備えられた石英基材を前記ファラデーケージ内に設けるステップと、
    プラズマエッチングを用いて前記石英基材をエッチングするパターニングステップとを含み、
    前記ファラデーケージの底面は、前記金属マスクより低いイオン化傾向を有する金属を含み、
    前記ファラデーケージの底面は、前記金属マスクの標準還元電位より１Ｖ以上高い金属を含む、ファラデーケージを用いたプラズマエッチング方法。
  2. 前記パターニングステップは、前記プラズマエッチング装置の出力を０．７５ｋＷ以上４ｋＷ以下に調節することを含む、請求項１に記載のファラデーケージを用いたプラズマエッチング方法。
  3. 前記パターニングステップは、前記プラズマエッチング装置に反応性ガスおよび酸素ガスを含む混合ガスを１０ｓｃｃｍ以上７５ｓｃｃｍ以下で供給することを含む、請求項１または２に記載のファラデーケージを用いたプラズマエッチング方法。
  4. 前記パターニングステップは、前記プラズマエッチング装置に反応性ガスおよび酸素ガスを含む混合ガスを供給するが、前記混合ガスの総流量中の酸素ガス流量の含有量は、１％以上２０％以下である、請求項１から３のいずれか一項に記載のファラデーケージを用いたプラズマエッチング方法。
  5. 前記金属マスクは、アルミニウムおよびクロムのうちの少なくとも１種を含み、前記ファラデーケージの底面は、銅を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載のファラデーケージを用いたプラズマエッチング方法。
  6. 前記メッシュ部は、０．５Ω／□以上の面抵抗を有する、請求項１から５のいずれか一項に記載のファラデーケージを用いたプラズマエッチング方法。
  7. 前記メッシュ部は、金属メッシュ上にフッ化炭素ラジカルが吸着されたものである、請求項６に記載のファラデーケージを用いたプラズマエッチング方法。
  8. 前記ファラデーケージの底面にサンプル基材を設け、平面プラズマエッチングを行って、前記ファラデーケージ内の前記底面に平行な面において高いエッチング率を示す高エッチング領域を確認するステップと、
    傾斜面を有する支持台を用意し、前記傾斜面の下部領域を前記ファラデーケージの高エッチング領域に位置させる支持台整列ステップとをさらに含み、
    前記石英基材を前記ファラデーケージ内に設けるステップは、前記支持台の傾斜面上に前記石英基材を設ける、請求項１から７のいずれか一項に記載のファラデーケージを用いたプラズマエッチング方法。
  9. 前記パターニングステップにおけるエッチング率は、前記傾斜面の上部領域から下部領域へ減少後に反転して増加する、請求項８に記載のファラデーケージを用いたプラズマエッチング方法。
  10. 前記パターニングステップは、前記石英基材の一側に第１傾斜パターン部および前記石英基材の他側に第２傾斜パターン部を同時に形成するものであり、
    前記第１傾斜パターン部は、深さ勾配を有する傾斜溝パターンを含み、
    前記第２傾斜パターン部は、０ｎｍ〜５０ｎｍの深さ偏差を有する傾斜溝パターンを含む、請求項８に記載のファラデーケージを用いたプラズマエッチング方法。
  11. 前記傾斜面の最上部のエッチング速度と前記傾斜面の最下部のエッチング速度との差は、３０％以内である、請求項８に記載のファラデーケージを用いたプラズマエッチング方法。
  12. 前記第１傾斜パターン部は、エッチング率が反転して増加する前の領域、または前記エッチング率が反転した後に増加する領域で形成される、請求項１０に記載のファラデーケージを用いたプラズマエッチング方法。
  13. 前記支持台は、前記金属マスクの標準還元電位以上の標準還元電位を有する金属を含む、請求項８に記載のファラデーケージを用いたプラズマエッチング方法。
  14. パターニングされた石英基材のエッチング部の底面は、針状構造物の高さが５０ｎｍ以下に制御されたものである、請求項１に記載のファラデーケージを用いたプラズマエッチング方法。
  15. パターニングされた前記石英基材は、回折格子導光板用モールド基材である、請求項１に記載のファラデーケージを用いたプラズマエッチング方法。
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