KR100748200B1 - 패턴 형성 장치 및 패턴 형성 장치의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고정밀도이며 저비용인 패턴 형성 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

면방위가 (100)인 실리콘 단결정을 모재로 하여, 포트리소그래피 공정에 의해 경사면부(6) 및 패턴재 안내 홈(5)을 갖는 빗살부(3)를 형성한다. 이 빗살부(3)의 각 빗살(4)에 공통으로 패턴재를 저장하는 액 저장부(7)를 안내 홈 형성과 동일 공정으로 형성한다. 경사면부(6)의 형성시, 습식 이방성 에칭을 행함으로써, 면방위에 의한 에칭 속도의 차를 이용하여, (100)인 면방위에 대하여 (111)인 면방위를 갖는 경사면부를 고정밀도로 용이하게 생성할 수 있고, 또한 이방성 드라이 에칭에 의해 홈부(5)를 형성함으로써, 경사면부까지 도달하는 수직인 측벽을 갖는 패턴재 안내 홈을 고정밀도로 형성할 수 있다.

Description

패턴 형성 장치 및 패턴 형성 장치의 제조 방법{PATTERN FORMING APPARATUS AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 노즐 유닛의 구조를 개략적으로 도시한 도면.

도 2는 도 1에 도시한 노즐 유닛의 상면도.

도 3은 도 1에 도시한 노즐 유닛의 측면도.

도 4는 도 1에 도시한 노즐 유닛의 정면도.

도 5는 도 1에 도시한 노즐 유닛의 경사면부를 확대하여 도시한 도면.

도 6은 도 1에 도시한 노즐 유닛의 패턴 형성시의 배치를 개략적으로 도시한 도면.

도 7은 본 발명에 따른 노즐 유닛을 이용하는 패턴 형성 장치의 배치를 개략적으로 도시한 도면.

도 8은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 노즐 유닛의 제조 공정을 도시한 단면도.

도 9는 본 발명에 따른 노즐 유닛의 제조 공정을 도시한 단면도.

도 10a 및 도 10b는 도 9에 도시한 단결정 기판의 표면 및 이면의 구성을 도시한 도면.

도 11은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 패턴 형성 장치의 제조 공정을 도시한 단면도.

도 12는 도 11에 있어서의 제조 공정의 실리콘 산화막의 패턴을 개략적으로 도시한 도면.

도 13은 본 발명의 실시 형태에 따른 노즐 유닛의 제조 공정을 도시한 단면도.

도 14는 도 13에 도시한 포토레지스트막의 패턴을 개략적으로 도시한 도면.

도 15는 도 14에 도시한 패턴 형성 장치의 에칭 공정 완료 후의 단면 구조를 개략적으로 도시한 도면.

도 16은 도 15에 도시한 패턴 형성 장치에 포함되는 노즐 유닛의 제2 주표면에서 본 평면 구조를 개략적으로 도시한 도면.

도 17a, 도 17b는 도 16에 도시한 노즐 유닛의 선 XVⅡA-XVⅡA 및 XVⅡB-XVⅡB의 단면 구조를 개략적으로 도시한 도면.

도 18은 본 발명에 따른 노즐 유닛의 제조 공정을 도시한 단면도.

도 19a 및 도 19b는 도 18에 도시한 패턴 형성 장치에 포함되는 노즐 유닛의 표면 및 이면에서 각각 본 구성을 개략적으로 도시한 도면.

도 20a 및 도 20b는 도 19a 및 도 19b에 도시한 선 XXA-XXA 및 XXB-XXB에 따른 단면 구조를 개략적으로 도시한 도면.

도 21은 제조 공정 완료시 노즐 유닛의 구조를 개략적으로 도시한 도면.

본 발명은 패턴 형성 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이며, 특히, 격벽 등의 빗살형 패턴을 형성하기 위한 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 보다 특정적으로는, 본 발명은 패턴이 형성되는 기판 상에 직접 패턴재를 토출하여 패턴을 형성하기 위한 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

반도체 장치에 있어서는, 기판 상에 여러 가지의 배선 및/또는 소자의 패턴이 형성된다. 이 패턴 형성을 위해서는, 종래 포토리소그래피라고 불리는 공정이 이용된다. 이 포토리소그래피 공정에 있어서는 패터닝되는 재료가 표면에 형성된 기판 상에 레지스트를 도포하고, 레지스트의 건조, 노광, 현상을 행한다. 레지스트가 소정 형상으로 패터닝되고, 이 레지스트막을 마스크로 하여 에칭 처리를 행한다. 이 처리 후, 레지스트막의 제거를 행한다.

이 기판 상에 형성되는 패터닝 대상의 재료로는 여러 가지가 존재한다. 예컨대 평면 표시 장치(플랫·패널·디스플레이 장치) 중 하나인 플라즈마 표시 장치에 이용되는 패널을 제조하는 경우, 화소를 분리하기 위한 격벽을 형성하는 재료가 기판 전면(全面)에 도포된 후 패터닝된다.

기판 상에 막 두께가 두꺼운 패턴을 형성하는 경우에는, 일반적으로 포토리소그래피 공정이 이용된다. 그러나 이 포토리소그래피 공정은 전술한 바와 같이, 각 처리에 따라서 레지스트 도포용 코터, 노광을 행하는 노광 장치, 현상을 행하는 현상 장치 및 에칭 처리를 행하는 에칭 장치 등의 장치가 필요하며, 공정 수가 증 가하고, 제조 비용이 높아진다는 문제가 있다. 또한, 패턴의 종류를 변경하는 경우에는 이 패턴 형성에 관련하는 마스크를 교환하고, 또한, 각 장치의 처리 조건의 설정을 변경하는 것이 요구된다.

또한, 기판 상에 후막 패턴을 형성하는 방법으로서, 스크린 인쇄라고 불리는 수법이 있다. 이 스크린 인쇄에 있어서는 스크린을 통해 패턴재를 투과시켜 기판 상에 패턴을 형성한다. 이 경우, 소정의 막 두께를 얻기 위해서는 복수회의 인쇄가 필요하고, 또한, 이 복수회의 인쇄에 사용되는 스크린 메쉬의 촘촘한 정도 및 개구의 크기를 약간씩 변경해야 하며, 메쉬 변환에 따른 스루풋의 저하 및 비용 상승이 발생한다.

여기서, 최근 노즐로부터 패턴 재료를 기판 상에 직접 토출시킴으로써, 기판 상에 패턴을 형성하는 기술이 제안되어 있다. 이러한 노즐을 이용하는 패턴 형상 장치의 일례가 특허 공개 제2003-234063호 공보에 나타나 있다.

이 특허 공개 제2003-234063호 공보에 나타내는 구성에 있어서는, 복수의 토출구를 갖는 노즐 유닛을 이용한다. 기판 상에 노즐 유닛을 접근하여 배치하고, 이 노즐 유닛을 기판에 대하여 상대적으로 이동시키며, 동시에 토출구로부터 패턴 형성 재료를 토출한다. 각 토출구에 대하여 노광 광원을 배치하고, 패턴 형성재를 토출한 후 즉시 노광을 행하여 경화시킨다. 이 노즐 유닛은 지지부에 착탈 가능하게 부착된다.

이 특허 공개 제2003-234063호 공보는 복수의 토출구를 설치하고, 이들의 토출구로부터 동시에 패턴 형성재를 토출함으로써, 기판 상에 넓은 영역에 걸쳐 효율 적으로 패턴을 형성하는 것을 도모한다. 또한, 지지부에 착탈 가능하게 이 노출 유닛을 부착함으로써, 여러 가지의 패턴에 대하여 노즐을 교환하여 대응하는 것을 도모한다.

특허 공개 제2003-234063호 공보에 있어서, 노즐 유닛의 모재로서, 그 가공 정밀도 및 가공 비용 등을 고려하여 세라믹이 이용된다. 따라서, 노즐 형성시에 있어서는 기본적으로 연삭 또는 절삭 등의 기계적 가공이 이용된다. 이 때문에, 통상의 포토리소그래피 공정을 이용하는 경우에 비하여 가공 정밀도가 낮다는 문제가 발생한다.

패턴으로서, 플라즈마 표시 장치의 리어 패널 상에 격벽을 형성하는 경우를 생각한다. 이 경우, 화상의 해상도를 높이기 위해 소자가 더 미세화된 경우, 형광체층을 분리하는 격벽의 피치도 따라서 미세화되고, 패턴재를 토출하는 토출구의 피치도 따라서 미세화되어야 한다. 그러나, 기계적 가공에서는 패턴재를 토출하는 토출구를 이러한 미세 피치로 작성하는 것이 곤란해지며, 미세 패턴에 대응하는 것이 곤란해진다는 문제가 발생한다.

또한, 기계적 가공을 행하기 때문에, 그 강도를 충분히 유지할 수 없으며, 가공시에 있어서의 기계적인 충격에 의해 파손될 가능성이 있다.

또한, 기계적 가공에 의해 각 토출구를 형성하고 있으며, 다수의 노즐 유닛을 동시에 병행하여 제조하는 것이 곤란하여 제조 효율이 낮고, 제조 비용이 높아진다는 문제가 발생한다.

본 발명의 목적은 고정밀도로 미세 가공을 실시할 수 있는 패턴 형성 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 제조 비용이 저감된 패턴 형성 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 패턴 형성 장치는 제1 및 제2 주표면을 갖는 단결정 기판과, 이 단결정 기판의 제1 주표면으로부터 소정의 방향으로 형성되는 경사면부와, 이 단결정 기판의 제2 주표면으로부터 경사면부까지 도달하는 깊이를 갖는 빗살형으로 소정의 피치로 형성되는 복수의 홈 영역을 구비한다.

본 발명에 따른 패턴 형성 장치의 제조 방법은 제1 및 제2 주표면을 갖는 단결정 기판의 제1 표면에 이방성 에칭 처리를 실시하여 측면이 경사부를 갖는 테이퍼 영역을 형성하는 단계와, 이 제2 주표면으로부터 에칭 처리를 행하여 소정의 피치로 경사면부에 도달하는 깊이를 갖는 빗살형으로 복수의 홈 영역을 형성하는 단계를 포함한다.

[실시 형태 1]

도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 패턴 형성 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 이 도 1에 도시한 패턴 형성 장치는 패턴 재료를 토출하는 패턴재 토출 장치이다. 이 도 1에 도시한 토출 장치를 이용하여, 페이스트형 패턴재를 기판 상에 토출하고, 이 토출된 패턴재를 자외광 등의 에너지 조사에 의해 경화시킴으로써, 기판 상에 선형의 패턴을 형성한다.

도 1에 도시한 패턴재 토출 장치가 복수개 이용되어, 하나의 패턴 형성 장치 본체가 형성된다. 따라서, 이하의 설명에 있어서는 이 도 1에 도시한 장치를 패턴재를 토출하기 위해 노즐 유닛이라고 한다.

도 1에 있어서, 노즐 유닛(1)은 실리콘 단결정이 모재로서 형성되고, 패턴재를 토출하는 영역을 규정하는 측면 프레임부(2a 및 2b)와, 패턴재를 토출하는 빗살부(3)를 포함한다. 이 빗살부(3)는 복수의 소정의 피치로 형성되는 홈부(5)와, 이 홈부를 규정하는 치형부(齒部; 4)를 포함한다. 빗살부(3)에는 패턴이 형성되는 기판에 대향하여 노즐 유닛(1)을 배치하여 패턴재를 토출하기 때문에, 경사면부(6)가 형성된다.

홈부(5)는 도 1에 있어서 파선으로 도시한 바와 같이, 경사면부(6)에 도달하는 깊이를 갖는다. 일례로서, 치형부(4)의 단면(4a)은 그 높이가 250 ㎛이고, 홈부(5)의 폭이 280 ㎛이며, 치형부(4)의 치형 폭이 90 ㎛이다. 홈부(5)가 치형부(4)에 의해 일정한 간격(90 ㎛)으로 배치되고, 이 치형부(4)의 폭이 형성되는 패턴의 피치를 규정한다. 홈부(5)의 깊이는 일례로서, 350 ㎛이다(도 1에 있어서 파선으로 도시함). 경사면부(6)까지 홈부(5)를 도달시킴으로써, 경사면부(6)의 단부로부터 패턴재를 토출할 수 있고, 패턴재를 기판에 근접한 위치로부터 토출할 수 있다.

노즐 유닛(1)은 또한, 측면 프레임부(2a 및 2b) 사이에 빗살부(3)의 각 홈 영역(5)에 공통으로 배치되는 액 저장부(7)와, 측면 프레임부(2a 및 2b)에 대하여 형성되는 절결부(8)를 포함한다. 액 저장부(7)는 홈부(5)와 동일한 정도의 깊이(350 ㎛)를 가지며, 패턴재를 유지하면서 공급한다.

절결부(8)는 패턴 형성시에 형성되는 패턴의 높이보다도 긴 길이(도 1의 수평 방향의 길이)를 갖는다. 패턴 형성 장치에 있어서는, 기판 상의 넓은 영역에 걸쳐 패턴을 형성하기 위해 노즐 유닛(1)이 복수개 설치된다. 이 구성에 있어서, 형성되는 패턴이 동일 피치로 배치되도록 복수열로 노즐 유닛(1)이 배치된다. 이 경우, 노즐 유닛(1)의 이동 방향에 있어서 전열(前列)에 배치되는 노즐 유닛(1)이 형성하는 패턴이 후열(後列)에 배치되는 노즐 유닛(1)에 의해 간섭받는(패턴이 변형되거나 또는 파괴됨)것을 방지해야 한다. 후열의 노즐 유닛(1)에 있어서 절결부(8)를 전열의 노즐 유닛의 토출구(홈 영역)에 정렬시킴으로써, 후열의 노즐 유닛은 그 절결부(8)에 의해 형성된 패턴에 영향을 미치지 않고(간섭하지 않고) 전열의 노즐 유닛에 의해 형성된 패턴을 통과시킨다. 이것에 의해 홈부(5)(토출구)의 피치로 패턴을 형성할 수 있다.

또한, 충분한 폭 및 두께를 갖는 측면 프레임부(2a 및 2b)를 이용함으로써, 노즐 유닛(1)의 기계적 강도를 보장한다.

이 노즐 유닛(1)은 실리콘 단결정을 모재로하여 형성되어 있으며, 포토리소그래피 공정을 이용하여 고정밀도로 빗살부(3)를 형성할 수 있다.

도 2는 도 1에 도시한 노즐 유닛(1)의 평면도이다. 이 도 2에 도시한 바와 같이, 노즐 유닛(1)은 측면 프레임부(2a 및 2b)와, 이 측면 프레임부(2a 및 2b) 사이에 형성되는 액 저장부(7)를 갖는다. 이 액 저장부(7)는 홈부(5)의 바닥부와 연결된다. 빗살부(3)에 있어서는 소정의 피치로 홈부(5)를 규정하도록 치형부(4)가 형성된다. 이 빗살부(3)에 인접하여 절결부(8)가 측면 프레임부(2a 및 2b) 각각 대 하여 형성된다.

도 3은 도 1에 도시한 노즐 유닛(1)의 측면도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 노즐 유닛(1)은 측면 프레임부(2)와, 측면 프레임부(2)에 인접하는 절결부(8)와, 빗살부(3)의 바닥부에 형성되는 경사면부(6)와, 경사면부(6)의 종단을 규정하는 빗살부(3)의 치형부 단면(4a)을 갖는다.

도 4는 도 1에 도시한 노즐 유닛(1)의 정면도이다. 이 도 4에 도시한 바와 같이, 정면에서 본 경우, 노즐 유닛(1)은 그 양측에 측면 프레임부(2a 및 2b)가 형성되고, 이 측면 프레임부(2a 및 2b) 사이에 경사면부(6)가 형성된다. 경사면부(6)에 도달하도록 홈 영역(5)이 형성되고, 치형부(4)는 이 단면(4a)에 의해 경사면부(6)와 교차한다.

도 5는 노즐 유닛(1)의 경사면부(6)의 주변 영역을 확대하여 도시한 도면이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 경사면부(6)는 치형부 단면(4a)에 의해 종단된다. 이 경사면부(6)에 도달하도록(교차하도록) 홈부(5)가 형성된다. 치형부(4)가 소정의 피치로 형성된다.

도 6은 패턴 형성시의 노즐 유닛(1)의 배치를 개략적으로 도시한 도면이다. 노즐 유닛(1)은 경사면부(6)가 기판(10)과 평행하게 접촉하도록 이동 방향을 따라 경사지게 배치된다. 도 6에 있어서는, 기판(10)에 대하여 노즐 유닛(1)으로부터 패턴재(11)가 토출되고, 이 패턴재(11)는 도시하지 않은 광원으로부터 자외선 등의 광에너지(hν)에 의해 토출 후 바로 경화된다. 노즐 유닛(1)에 형성되는 절결부(8)는 뒤에 설명하는 바와 같이, 다른 노즐 유닛에 의해 형성되는 패턴이 통과하는 공 간을 형성한다.

플라즈마 표시 장치에 적용되는 경우, 이 기판(10)은 유리 기판이며, 패턴재(11)는 일례로서, 유리 또는 세라믹 분말에 자외선 경화 수지를 함유하는 수지가 혼입된 것이다. 이 패턴재(11)의 토출 후, 자외선 등의 광에너지(hv)를 조사하여 패턴재(11)를 경화시켜 패턴(12)(격벽)을 형성함으로써, 패턴이 시간에 따라 변형되고(풀어지고), 패턴의 어긋남이 생기는 것을 방지한다. 패턴(12)의 형성 후, 소정 처리에 의해 패턴의 유기재를 제거한다.

이 노즐 유닛(1)에 있어서 치형부 단면(4a)이 형성된다. 이 노즐 유닛(1) 내에서 홈부를 흐르는 패턴재(11)에 광에너지(hv)가 조사되는 것을 방지하기 위해 이 치형부 단면(4a)이 이용되어도 좋다. 이 패턴재 토출구에서 이 패턴재가 경화되는 것을 방지하는 구성은 광에너지를 조사하는 광원과 일체적으로 설치되며, 특히, 이 노즐 유닛(1)에 있어서는 광에너지를 차광하기 위한 부재는 배치되지 않는다.

도 7은 패턴 형성 장치에 있어서의 노즐 유닛의 배치의 일례를 도시한 도면이다. 도 7에 있어서는 2열로 노즐 유닛(1a 및 1b)이 배치된다. 이동 방향을 따라 노즐 유닛(1b)이 전열에 배치되고, 노즐 유닛(1a)이 후열에 배치된다. 노즐 유닛(1a)에는 그 양단에 절결부(8)가 형성된다. 전열의 노즐 유닛(1b)에서는 특별히 절결부는 설치되어 있지 않다. 그러나, 이 전열의 노즐 유닛(1b)에도 절결부가 설치되어도 좋다(모든 노즐 유닛을 동일 구성으로 할 수 있고, 동일 제조 공정으로 형성할 수 있음). 후열의 노즐 유닛(1a)의 절결부(8)는 전열의 노즐 유닛(1b)의 패턴재 토출구를 구성하는 홈에 정렬하여 배치된다.

이 도 7에 도시한 바와 같이, 노즐 유닛(1a 및 1b)이 동시에 패턴재를 토출하여 패턴(12)을 형성한다. 패턴(12)을 동일 피치로 그리기 위해 노즐 유닛(1a 및 1b)에서는 그 단부가 이동 방향을 따라 서로 겹치도록 배치된다. 이 노즐 유닛(1a 및 1b)의 이동 방향을 따라 겹치는 영역에 있어서, 전열의 노즐 유닛(1b)으로부터는 패턴(12a)을 형성하는 패턴재가 토출된다. 이 경우, 후열의 노즐 유닛(1a)이 패턴(12a)과 교차한다. 이 때, 후열의 노즐 유닛(1a)이 패턴(12a)과 접촉한 경우, 패턴(12a)이 변형하여 정확한 패터닝을 행할 수 없게 된다. 이 패턴(12a)에 대한 노즐 유닛(1a)의 간섭을 방지하기 위해 절결부(8)가 설치된다. 이 절결부(8)에 의해 패턴(12a) 상부를 측면 프레임부(2a 또는 2b)가 통과하여 패턴(12a)에 대한 간섭이 방지된다. 이것에 의해 미세 피치로 패턴(12)을 형성할 수 있다.

이 노즐 유닛(1)을 단결정을 이용하여 통상의 집적 회로 장치 제조시 등에 이용되는 포토리소그래피 공정에 따라 형성함으로써, 생산성 및 가공 정밀도를 개선하고, 또한 제조 비용을 저감한다. 복수의 노즐 유닛이 1장의 웨이퍼 상에 동시에 형성되지만, 이하에 있어서는 하나의 노즐 유닛의 제조 공정에 대해서 상세히 설명한다. 또한, 액 저장부(7)는 다른 부재로 형성할 수도 있지만, 이하의 제조 공정의 설명에 있어서는 액 저장부(7)가 노즐 유닛(1)에 형성되는 구성의 제조 공정에 대해서 설명한다.

도 8은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 노즐 유닛의 제조 공정에 있어서의 단면 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 이 노즐 유닛은 양면 연마된 실리콘 웨이퍼를 이용하여 형성된다. 이 웨이퍼는 (100)인 면방위를 갖는다. 단결정 기판(20) 의 제1 주표면(21) 상의 소정의 영역에 에칭 마스크막(22)을 형성하고, 또한 이 단결정 기판(20)의 제2 주표면(23) 상 전면에 걸쳐 마찬가지로 에칭 마스크막(24)을 형성한다. 이들의 에칭 마스크막(22 및 24)은 에칭액으로서 KOH가 이용되는 경우, 질화실리콘막(SiN막)이며, 예컨대 감압 CVD법(화학 기상 성장법)을 이용하여 형성된다.

제1 주표면(21)에 형성되는 에칭 마스크막(22)은 절결부 및 측면 프레임부를 형성하는 영역만을 덮고, 한편, 제2 주표면(23) 상에 형성되는 에칭 마스크막(24)은 단결정 기판(20) 전면을 덮도록 형성된다. 즉 감압 CVD법에 따라서, 단결정 기판(20)의 양면에 에칭 마스크로 되는 질화실리콘막을 형성한 후, 제1 주표면(21) 표면에 형성된 질화실리콘막에 대하여, 경사면부를 포함하는 테이퍼 영역이 형성되는 영역을 남겨 레지스트막을 형성하고, 계속해서 이 레지스트막을 마스크로 하여 에칭 처리를 행하고, 질화실리콘막을 제거하여 제1 주표면(21)을 노출시킨다. 이것에 의해 경사면부가 형성되는 영역이 확정된다.

제1 주표면(21)을 노출시키기 위한 공정 완료 후, 에칭 마스크막(22)의 패터닝에 이용된 레지스트막을 제거한 후, 표면의 세정 및 건조가 행해진다. 계속해서, 에칭 마스크막(22 및 24)을 마스크로 하여 실리콘 이방성 에칭이 행해진다. 이 에칭액으로서, KOH(수산화칼륨) 용액이 이용되며 KOH 실리콘 에칭 용액에 웨이퍼를 침지한다.

실리콘 질화막으로 구성되는 에칭 마스크막(22 및 24)은 이 에칭액에는 용해되지 않기 때문에, 제1 주표면(21)이 노출된 부분에 대하여 이 에칭액에 따라 에칭 이 행해진다. 실리콘 단결정(20)은 그 면방위를 따라 에칭 속도가 다르며, (111)인 면방위에 있어서 대부분 에칭이 행해지지 않는다. 이것에 의해 이방성 에칭을 행하여 (111)인 면방위를 갖는 면을 정확히 노출시킬 수 있고, 경사면부(6)를 제1 주표면(21)에 대하여 소정의 각도(약 54°)로 형성할 수 있다. 에칭을 완료하면, 경사면부(6)와 이것에 연결되는 (100)인 면방위를 갖는 바닥부(25)에 의해 테이퍼 영역이 형성된다.

도 10a는 도 9에 있어서의 공정 완료 후 제1 주표면에서 본 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 10a에 도시한 바와 같이, 실리콘 단결정 기판(20)의 제1 주표면에 형성된 에칭 마스크막(22)에 의해 경사면부(6)가 コ자형으로 형성되고, 이 경사면부(6)의 바닥부(25)까지 도달한다. 즉 제1 주표면에 있어서, 직사각형상 개구부를 갖는 질화실리콘막을 에칭 마스크막으로서 형성하여, 이방성 에칭을 행함으로써, 에칭 마스크막(22)이 형성되어 있지 않은 영역에 대하여 에칭이 행해지고, 소정의 각도를 갖는 테이퍼부를 형성할 수 있다.

도 10b는 이 도 9에 도시한 공정 완료 후의 노즐 유닛의 제2 주표면에서 본 도면이다. 이 도 10b에 도시한 바와 같이, 제2 주표면은 전면이 에칭 마스크막(24)으로 덮여 있었기 때문에, 그 표면은 전혀 에칭되어 있지 않다. 제1 주표면으로부터의 에칭에 의해 파선으로 도시한 바와 같이, 경사면부(6) 및 바닥부(25)를 갖는 각뿔대형의 테이퍼 영역이 형성된다.

실리콘, 단결정 기판(20)의 바닥부(25)로부터 제2 주표면까지의 두께는, 약250 ㎛이며, 예컨대 도 5에 도시한 빗살부의 치형부 단면(4a)의 높이 방향의 길이 를 규정한다.

계속해서, 이 실리콘 질화막(에칭 마스크막)(22 및 24)을 제거한 후, 도 11에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(20a)의 각 노즐 유닛 형성 영역의 소정 영역에 빗살부를 형성하기 위해, 예컨대 열산화법에 따라 실리콘 산화막(SiO₂)을 형성한다. 이것은, 예컨대 실리콘 웨이퍼(20a)의 제2 주표면 상(23)에 열산화법 등을 이용하여 실리콘 산화막을 형성한 후, 포토리소그래피 및 에칭법을 이용하여 빗살부 및 액 저장부를 형성하는 영역을 제외하는 영역에 실리콘 산화막(26)을 남긴다. 도 11에 있어서는 빗살부에 대하여 설치되는 실리콘 산화막(26)을 도시한다.

이 웨이퍼(20a) 상에는 복수의 노즐 유닛이 형성되기 때문에, 각 절결부가 형성되는 영역(27)에 있어서는 실리콘 산화막은 형성되지 않고, 제2 주표면(23)은 노출된다. 여기서, 실리콘 웨이퍼(20a) 중 하나인 노즐 유닛을 형성하는 단결정 기판(20)에 있어서는 경사면부가 형성되어 있지만, 도 11에 있어서는 도면을 간략화하기 위해 이 경사면부는 도시하고 있지 않다.

도 12는 실리콘 산화막(26) 중 하나인 노즐 유닛에 있어서의 패턴을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 12에 도시한 바와 같이, 실리콘 산화막(26)은 절결부를 형성하는 영역(27a 및 27b)과 액 저장부를 형성하는 영역(28)과 홈부를 형성하는 영역(29)을 제외하고 제2 주표면 상에 형성된다. 이 산화실리콘막(26)은 반대측의 제1 주표면측에 형성되는 경사면부(6)를 넘어서 절결부가 형성되도록 패터닝된다. 즉 절결부에서는 경사면이 형성되지 않고, 충분히 형성되는 패턴(격벽)의 높이보다 도 높은 위치에 절결부 단부(측면 프레임부)가 형성되도록 패터닝된다. 또한, 실리콘 산화막(26)은 빗살부에 있어서, 홈이 경사면과 교차하도록 형성되기 때문에, 평면 레이아웃에 있어서 경사면부(6)를 가로지르도록 실리콘 산화막(26)이 형성된다. 따라서, 실리콘 산화막(26)은 측면 프레임부 및 빗살부의 치형부를 형성하는 영역에만 형성된다.

계속해서, 도 13에 도시한 바와 같이, 이 실리콘 산화막(26)이 패터닝된 상태에서 웨이퍼(20a)의 제2 주표면(23) 상에 절결부(27)를 노출시키기 위해, 제2 실리콘 산화막(26)을 덮도록 제2 에칭 마스크로 하여 레지스트막(30)이 형성된다. 이 레지스트막(30)은 제2 주표면(23) 상 전면에 포토레지스트막을, 예컨대 스핀 코팅에 의해 형성한 후, 노광 현상 및 에칭 공정을 행하여 패터닝함으로써 형성된다. 이 레지스트막(30)은 포토레지스트막이 아니고, 다른 실리콘 드라이 에칭에 대하여 내성을 갖는 막이어도 좋다.

도 14는 도 13에 도시한 레지스트막(30) 중 하나인 노즐 유닛에 있어서의 패턴을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 14에 도시한 바와 같이, 레지스트막(30)은 절결부 형성 영역(27a 및 27b)을 노출시키도록 패터닝된다. 이 레지스트막(30)은 그 길이 방향에 있어서 경사면부(6)보다도 길게, 또한, 폭 방향에 있어서 경사면부(6)보다도 짧게 형성된다.

이 레지스트막(30)을 마스크로 하고, RIE(반응성 이온 에칭)를 이용하여 이방성 에칭을 행하고, 절결부 형성 영역에 도 15에 도시한 바와 같이, 홈부의 깊이에 해당하는 막 두께를 남긴 홈을 형성한다. 즉 도 15에 도시한 바와 같이, 단결정 기판(웨이퍼)(20a)에 절결부 형성 영역에 있어서 수직인 측벽을 갖는 홈(32)이 형성된다. 이 홈(32)이 형성되는 영역의 단결정 기판[웨이퍼(20a)]의 두께(L)는 빗살부에 있어서의 홈부의 깊이와 같게 된다.

도 16은 하나의 노즐 유닛의 제2 주표면에서 본 평면 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 이 도 16에 도시한 바와 같이, 단결정 기판(20)에 있어서, ト자형으로 포토레지스트막(30)이 형성되고, 그 양측에 빗살부 형성 영역을 끼우도록 홈부(32a 및 32b)가 각각 형성된다. 홈부(32a 및 32b)에 있어서는 경사면부(6)는 형성되지 않고, RIE 이방성 에칭에 의해 수직으로 잘라 세운 측벽부를 갖는 홈이 형성된다.

도 17a는 도 16에 도시한 선 XVⅡA-XVⅡA에 따른 단면 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 이 선 XVⅡA-XVⅡA는 도 12에 도시한 액 저장부 형성 영역(28) 및 홈 형성 영역(29)을 가로지르는 부분에 해당한다. 도 17a에 있어서, 단결정 기판(20)의 제2 주표면(23)의 소정 영역에 실리콘 산화막(26a)(26)이 형성된다. 이 실리콘 산화막(26a) 및 제2 주표면(23)을 덮도록 레지스트막(30)이 형성된다. 이 RIE 이방성 에칭시에 있어서는 레지스트막(30)이 에칭 마스크로서 기능하고 있으며, 따라서 이 도 17a에 도시한 영역에 있어서는 제2 주표면(23)에 대한 에칭은 전혀 행해지지 않는다. 또한, 이방성 에칭은 제2 주표면(23)측에서 행해지기 때문에, 제1 주표면(21), 경사면부(6) 및 바닥부(25)도 전혀 에칭되지 않는다.

도 17b는 도 16에 도시한 XVⅡB-XVⅡB에 따른 단면 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 이 선 XVⅡB-XVⅡB는 절결부 형성 영역에 대응하는 홈(32a)이 형성되 는 영역을 횡단한다.

도 17b에 도시한 바와 같이, 단결정 기판(20)의 소정 영역(측면 프레임부 형성 영역)에는 실리콘 산화막(26a)이 실리콘 산화막 패턴의 일부로서 형성되고, 이 실리콘 산화막(26a) 상에 레지스트막(30)이 형성된다. 홈(32a)의 형성 영역에는 레지스트막이 형성되어 있지 않기 때문에, 수직인 측벽(34) 및 바닥부(35)를 갖는 홈(32a)이 형성된다. 이 홈 바닥부(35)로부터 제1 주표면(21)까지의 두께가 다음 공정에서 형성되는 빗살부의 홈의 깊이에 대응한다.

이 절결부 형성의 전 처리 공정을 완료한 후, 도 18에 도시한 바와 같이, 레지스트막(30)을 제거하여 실리콘 산화막(26)을 노출시킨다. 이 실리콘 산화막(26)을 마스크로 하여, 다시 RlE 이방성 에칭을 행하고, 빗살부의 홈 영역 및 액 저장부를 형성한다. 이 이방성 에칭 공정에 의해 앞의 도 15에 있어서 도시한 홈부(32)가 추가로 에칭되어 관통 영역(36)이 형성된다. 이 실리콘 산화막(26)을 마스크로 하여 제2 주표면(23) 상에는 홈 영역(37)이 형성된다. 이 절결부의 전 처리 공정에 있어서의 잔존 두께를 빗살부의 홈 영역(37)의 깊이와 동일한 정도의 깊이로 함으로써, 절결부 형성 공정과 빗살부의 홈 및 액 저장부 형성 공정을 공용할 수 있고, 제조 공정이 간략화되어 제조 시간을 저감할 수 있다.

도 19a는 빗살부 및 액 저장부 형성 후의 제2 주표면의 평면 구조를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 19b는 빗살부 및 액 저장부 형성 후의 제1 주표면에서 본 평면 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 19a에 있어서, 제2 주표면(23)에는 직사각형상 오목부 영역(44)과, 이 직 사각형상 오목부 영역(44)과 연결하여, 소정의 피치로 배치되는 빗살부의 홈 영역을 규정하는 홈 영역(42)이 형성된다. 이들의 에칭된 영역(42 및 44)을 제외하는 영역에는 도 18에 도시한 실리콘 산화막(26)이 형성된다. 홈 영역(42) 선단부에는 실리콘 산화막이 형성되어 있지 않기 때문에, 이 홈 영역(42)은 빗살부의 치형부(4)보다도 짧은 길이를 가지며, 따라서 이 홈 영역(42) 단부에는 치형부(4) 사이를 관통하는 관통 영역(40)이 형성된다. 이것에 의해 경사면부(6)와 교차하는 깊이까지 홈 영역이 형성되고 패턴 재토출시, 경사면부의 선단부로부터 패턴재를 토출한다.

이 치형부(4) 및 홈 영역(5)이 소정의 피치로 소정수 형성되고, 이들의 빗살부의 양측에 절결부(36)가 형성된다.

또한, 제1 주표면(21)에 있어서는 도 19b에 도시한 바와 같이, 제1 주표면(21)은 에칭되지 않고, 경사면부(6) 선단부에 있어서 관통 구멍(40)이 형성되며, 또한 빗살부의 치형부(4) 선단부가 경사면부(6)에 형성된다.

도 20a는 도 19a 및 도 19b에 도시한 선 XXA-XXA에 따른 단면 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 20a에 도시한 바와 같이, 제1 주표면(21)으로부터 제2 주표면(23)을 향하여 경사면부(6)가 형성되고, 이 경사면부(6)는 도 19a 및 도 19b에 도시한 관통 영역(40)에 의해 종단된다. 이 경사면부(6)에 따라 에칭 영역(46)이 형성되고, 이 에칭 영역(46)은 도 19에 도시한 오목부 영역(44) 및 홈 영역(42)에 대응한다. 또한, 제2 주표면에는 에칭 마스크막으로서 실리콘 산화막(26)이 형성되고, 액 저방부(7)의 후방부 영역을 규정한다.

도 20b는 도 19a 및 도 19b에 도시한 선 XXB-XXB에 따른 단면 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 20b에 도시한 바와 같이, 단결정 기판(20)은 그 표면 전면에 에칭 마스크막으로 하여 실리콘 산화막(26)이 형성되고, 측면 프레임부가 형성된다. 이 측면 프레임부는 절결부 형성 영역(관통 영역)(36)에 의해 종단된다. 이 절결부가 형성되는 영역에 있어서는 제1 주표면(21)은 평탄하며, 측면 프레임부가 확실하게 형성된다.

도 21은 이 실리콘 산화막(26)을 마스크로 하는 에칭 공정 종료 후의 노즐 유닛의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 이 에칭 공정 종료 후에는, 에칭 마스크막으로서 이용된 실리콘 산화막(26)은 제거된다. 도 21에 도시한 바와 같이, 노즐 유닛(1)의 제조 공정 완료시에 있어서는 단결정 기판(20)의 중앙부에 액 저장부(7)를 구성하는 직사각형상 오목부 영역(44)이 형성되고, 이 직사각형상 오목부 영역(44)의 바닥부는 도 21에 있어서 파선으로 도시한 빗살부 홈 바닥부(50)와 연결된다. 직사각형상 오목부 영역(44) 양측에 측면 프레임부(2a 및 2b)가 형성되고, 이들의 측면 프레임부(2a 및 2b)에 연결하여 빗살부의 치형부(4)가 형성된다. 측면 프레임부(2a 및 2b)에 대해서는 각각 절결부(8)가 관통 구멍 영역(36)에 의해 형성되고, 빗살부(3)의 치형부 측명을 노출시킨다. 이 빗살부(3)의 치형부(4)는 경사면부(6)에 연결된다.

도 21에 도시한 노즐 유닛의 구성에 있어서는, 액 저장부(7)는 직사각형상 오목부 영역(44)에 의해 형성되어 있다. 이 경우, 직사각형상 오목부 영역(44)의 빗살부(3)와 대향하는 측을 다이닝선으로 하여 웨이퍼로부터 각 노즐 유닛을 절리 할 때에 다이싱함으로써, 한쪽측이 개방단으로 된 액 저장부(7)를 형성할 수 있다.

이 액 저장부(7)는 실리콘 단결정 기판에 홈 영역과 병행하여 일체적으로 형성되는 것이 아니라, 별도로 이 노즐 유닛을 유지하는 부재(매니폴드)로 형성되어도 좋다. 이 액 저장부(7)를 다른 부재에 의해 형성하는 경우에는, 이 노즐 유닛에 있어서는 홈 영역이 제2 주표면에 형성될 뿐이며, 노즐 유닛 본체의 제조 공정으로서는 전술한 제조 공정을 이용할 수 있다.

실리콘 단결정 기판을 모재로서 이용함으로써, 포토리소그래피 공정을 이용할 수 있고, 고정밀도로 빗살부(3) 및 홈부(5)를 형성할 수 있으며, 미세 패턴을 형성하는 패턴 형성 장치를 실현할 수 있다.

또한, 치형부(4)의 단면을 정확하게 수직으로 잘라 세운 형상으로 형성할 수 있고, 또한 홈부 측벽을 수직으로 잘라 세운 구조로 할 수 있으며, 빗살부의 패턴재 안내 홈을 전부 동일 구조로 하는 수 있고, 각 홈의 패턴재 토출량을 일정하게 할 수 있으며, 정확하게 동일한 높이 및 폭의 패턴을 미세 피치 패턴 형성시에 있어서도 형성할 수 있다.

또한, 웨이퍼 상에는 복수의 노즐 유닛이 형성되고, 소정 매수의 웨이퍼 단위로 처리가 실행되기 때문에, 다수의 노즐 유닛을 병행하여 제조할 수 있으며, 제조 비용을 저감할 수 있다.

본 발명에 따른 패턴 형성 장치는 플라즈마 표시 장치의 격벽 형성뿐만 아니라, 도전성 배선 패턴 및 다를 복수의 선형 패턴을 형성하는 도중에 적용할 수 있다. 이러한 패턴이 다수 형성되는 평면 표시 장치이므로 패널 제조에 대하여 특히 유효하다.

또한, 다른 반도체 기판 및 배선 기판에 도전성 재료를 이용하여 배선을 형성하는 용도에도 적용할 수 있다.

또한, 패턴재로서는, 그 용도에 따라서 적당한 재료가 이용되면 좋고, 전술한 설명에 있어서는 자외선 등의 광에너지에 의해 패턴재의 경화가 행해지고 있다. 그러나, 전자선 등의 조사에 의해 경화가 행해져도 좋고, 또한, 적외선 등의 가열 경화가 행해져도 좋다.

또한, 패턴재 토출시에 있어서는 경사면부가 패턴 형성 기판과 접촉하여 배치되어도 좋다.

단결정 기판을 이용함으로써, 포토리소그래피 공정을 이용하여 가공할 수 있고, 고정밀도로 미세 가공을 행할 수 있으며, 미세 패턴을 형성하는 장치를 고정밀도로 실현할 수 있다.

또한, 기계 가공을 행하지 않아도 되기 때문에, 제조 공정 중 기판의 강도 불량에 의한 파손의 문제를 해소할 수 있다.

또한, 단결정 기판을 이용하여 이방성 에칭을 행함으로써, 경사면을 기판 면방위에 따라 고정밀도로 형성할 수 있다. 또한, 홈 영역에 의해 토출구를 고정밀도에 의해 원하는 피치로 형성할 수 있다.

또한, 단결정 기판을 이용함으로써, 단결정 웨이퍼를 이용하여 복수의 패턴형성 장치(노즐 유닛)를 동시에 제조할 수 있어 제조 비용을 저감할 수 있다.

Claims (15)

1. 제1 주표면 및 제2 주표면을 갖는 단결정 기판과;

   상기 단결정 기판의 제1 주표면으로부터 소정의 방향으로 형성되는 경사면부와;

   상기 단결정 기판의 제2 주표면으로부터 상기 경사면부까지 도달하는 깊이를 갖는 빗살형으로 소정의 피치로 형성되는 복수의 홈 영역

   을 포함하는 패턴 형성 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 빗살형 홈 영역의 외부 단부에 형성되고 상기 제2 주표면으로부터 상기 제1 주표면에 도달하는 절결부를 더 포함하는 패턴 형성 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 제2 주표면으로부터 소정의 깊이에서 상기 복수의 홈에 공통으로 형성되는 액 저장부를 더 포함하는 패턴 형성 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 제2 주표면으로부터 소정의 깊이에서 상기 복수의 홈에 공통으로 형성되는 액 저장부를 더 포함하는 패턴 형성 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 단결정 기판은 (100)인 면방위를 갖는 것인 실리콘 단 결정인 패턴 형성 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 경사면부는 (111)인 면방위를 갖는 것인 패턴 형성 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 경사면부는 패턴이 형성되는 기판 표면과 평행한 것인 패턴 형성 장치.
8. 제1 주표면 및 제2 주표면을 갖는 단결정 기판을 이용하여 패턴 형성 장치를 제조하는 방법으로서,

   상기 단결정 기판의 제1 주표면에 이방성 에칭 처리를 실시하여 측면이 경사부를 포함하는 테이퍼 영역을 형성하는 단계와;

   상기 제2 주표면으로부터 에칭 처리를 행하여 소정의 피치로 상기 경사면부에 도달하는 깊이를 갖는 빗살형으로 복수의 홈 영역을 형성하는 단계

   를 포함하는 패턴 형성 장치의 제조 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 홈 영역의 형성과 병행하여 상기 복수의 홈 영역에 공통으로 배치되는 액 저장 영역을 형성하는 단계를 더 포함하는 패턴 형성 장치의 제조 방법.
10. 제8항에 있어서, 상기 복수의 홈 영역의 양단에 상기 제1 주표면으로부터 상기 제2 주표면에 도달하는 관통 영역을 형성하는 단계를 더 포함하는 패턴 형성 장치의 제조 방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 홈 영역의 형성과 병행하여 상기 복수의 홈 영역에 공통으로 배치되는 액 저장 영역을 형성하는 단계를 더 포함하는 패턴 형성 장치의 제조 방법.
12. 제10항에 있어서, 상기 관통 영역을 형성하는 단계는,

    상기 제2 주표면에 상기 빗살형의 복수의 홈 영역을 규정하는 제1 에칭 마스크를 형성하는 제1 단계와;

    상기 제1 에칭 마스크를 덮도록 또한 상기 관통 영역을 규정하도록 제2 에칭 마스크를 형성하는 제2 단계와;

    상기 제2 에칭 마스크를 마스크로 하여 상기 제2 주표면으로부터 에칭을 행하는 제2 단계와;

    상기 제2 에칭 마스크를 제거한 후, 상기 제1 에칭 마스크를 마스크로 하여 에칭을 행하여 상기 관통 영역을 형성하고, 그와 병행하여 상기 복수의 홈 영역을 형성하는 제4 단계

    를 포함하는 것인 패턴 형성 장치의 제조 방법.
13. 제12항에 있어서, 상기 제3 단계는, 상기 제4 단계에서 에칭되는 깊이와 동일한 정도의 두께부가 상기 제1 주표면으로부터 남은 깊이로 상기 제2 주표면으로부터 에칭되는 단계를 포함하는 것인 패턴 형성 장치의 제조 방법.
14. 제8항에 있어서, 상기 단결정 기판은 (100)인 면방위를 갖는 실리콘 단결정이며,

    상기 테이퍼부를 형성하는 단계는 이방성 습식 에칭을 행하는 단계를 포함하는 것인 패턴 형성 장치의 제조 방법.
15. 제8항에 있어서, 상기 빗살형의 복수의 홈 영역을 형성하는 단계는 드라이 에칭을 행하여 상기 홈 영역을 형성하는 단계를 포함하는 패턴 형성 장치의 제조 방법.

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