KR101281166B1 - 섀도우 마스크와 그 제조방법 및 섀도우 마스크를 이용한박막 형성방법 - Google Patents

섀도우 마스크와 그 제조방법 및 섀도우 마스크를 이용한박막 형성방법 Download PDF

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Abstract

섀도우 마스크와 그 제조방법 및 섀도우 마스크를 이용한 박막 형성방법에 관해 개시되어 있다. 개시된 본 발명의 섀도우 마스크는 제1 개구부를 갖는 상부막 및 상기 제1 개구부 주위의 상부막 하면에 구비되어 있고, 상기 제1 개구부와 동일한 크기의 개구부를 갖는 하부막을 포함하고, 상기 하부막의 외측폭은 상기 상부막의 외측폭보다 작다. 상기 섀도우 마스크를 사용하면, 박막 형성시 기판의 홈(cavity) 가장자리와 상기 섀도우 마스크의 하부막이 근접하여 박막의 형성 위치가 분명하게 한정되는 바, 박막을 균일한 두께로 형성할 수 있다.

Description

섀도우 마스크와 그 제조방법 및 섀도우 마스크를 이용한 박막 형성방법{Shadow mask, method of manufacturing the same and method of forming thin film using the same}
도 1은 종래 기술에 따른 MEMS 광스캐너의 반사막 형성방법 및 그 문제점을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 섀도우 마스크의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 섀도우 마스크의 평면도이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 섀도우 마스크의 제조방법을 단계별로 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 섀도우 마스크를 이용한 박막 형성방법을 나타낸 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
S1 : 상부막 S2 : 하부막
L : 중간막 1, 2 : 제1 및 제2 개구부
200 : 섀도우 마스크 SUB : 기판
H : 홈(cavity) 250 : 박막
250a : 반사막 250b : 정렬 마크
본 발명은 마스크와 그 제조방법 및 마스크를 이용한 박막 형성방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 요철 부분을 갖는 섀도우 마스크(shadow mask)와 그 제조방법 및 상기 섀도우 마스크를 이용한 박막 형성방법에 관한 것이다.
최근, 디스플레이, 레이저 프린터, 정밀 측정, 정밀 가공 등 다양한 기술 분야에서 마이크로 머시닝(Micro-machining) 기술에 의해 제조되는 MEMS(Micro-electro mechanical system) 소자에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 상기 MEMS 소자의 일례로 디스플레이 분야에서 화면상으로 주사광을 편향 반사하기 위한 광스캐너가 주목받고 있다.
일반적으로, 마이크로 머시닝 기술로 제조되는 광스캐너(이하, MEMS 광스캐너)는 기판의 우묵한 곳, 즉 홈(cavity)의 저면에 형성된 반사막을 포함한다. 여기서, 상기 반사막의 폭은 상기 홈의 폭 보다 좁다. 상기 홈의 가장자리 부분에는 구동을 위한 빗살형(comb type) 전극이 구비된다.
도 1은 종래 기술에 따른 MEMS 광스캐너의 반사막 형성방법 및 그 문제점을 보여준다.
도 1을 참조하면, 표면에 홈(H)이 형성된 기판(SUB)을 마련한다. 홈(H)의 저면은 평탄하다. 기판(SUB) 상에 박막 형성을 위한 섀도우 마스크(100)가 정렬된다. 섀도우 마스크(100)는 제1 개구부(1)와 제2 개구부(2)를 포함한다. 제1 개구부(1) 는 반사막 형성 영역을 한정하고, 제2 개구부(2)는 정렬 마크(alignment mark) 형성 영역을 한정한다. 제1 개구부(1)에 의해 홈(H)의 저면 중앙부가 노출되고, 제2 개구부(2)에 의해 홈(H)의 양측의 기판(SUB)의 일부가 노출된다. 이러한 섀도우 마스크(100)는 홈(H)의 저면을 제외한 기판(SUB) 표면과 밀착되도록 위치된다.
다음, 물리 기상 증착(physical vaporation deposition : 이하, PVD) 법으로 기판(SUB)의 노출부에 박막(150)이 증착된다. 홈(H)의 저면 중앙부에 형성된 박막은 미러(mirror)로 이용되는 반사막(150a)이다. 그리고, 홈(H)과 이격된 기판 부분 상에 형성된 박막은 층간 정렬 상태 확인을 위한 정렬 마크(150b)이다. 박막(150)은 Ag막 상에 교번 적층된 Ta2O3막과 SiO2막이다.
도시하지는 않았지만, 박막(150) 증착시, 섀도우 마스크(100)의 상부면 및 측면에도 박막이 증착된다.
다음, 섀도우 마스크(100)가 기판(SUB)으로부터 제거된 후, 공지의 후속 공정이 차례로 수행된다.
상기한 종래 기술에 따른 MEMS 광스캐너의 반사막 형성방법의 경우, 반사막(150a)의 가장자리(edge) 부분의 두께 제어가 어려운 문제가 있다. 이 문제는 홈(H) 가장자리의 저면과 섀도우 마스크(100) 간의 간격(gap)이 수백 ㎛ 정도로 매우 크고, 그 결과 제1 개구부(1)가 반사막 형성 영역을 정확히 한정해주지 못하기 때문에 나타난다. 이와 같이, 제1 개구부(1)가 반사막 형성 영역을 정확히 한정하지 못할 경우, 박막 형성 입자가 제1 개구부(1) 보다 넓은 영역으로 퍼지고, 반사 막(150a)의 가장자리로 갈수록 반사막(150a)의 두께 변화가 심해질 수 있다. 이러한 반사막(150a)의 두께 불균일은 반사율 제어를 어렵게 하는 바, MEMS 스캐너의 신뢰성을 저하시킬 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 종래의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 기판의 홈(cavity) 영역 저면에 균일한 두께의 박막을 형성할 수 있는 섀도우 마스크를 제공함에 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 섀도우 마스크의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 상기 섀도우 마스크를 이용한 박막 형성방법을 제공함에 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 제1 개구부를 갖는 상부막; 및 상기 제1 개구부 주위의 상부막 하면에 구비되어 있고, 상기 제1 개구부와 동일한 크기의 개구부를 갖는 하부막;을 포함하고, 상기 하부막의 외측폭은 상기 상부막의 외측폭보다 작은 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크를 제공한다.
여기서, 상기 상부막과 상기 하부막 사이에는 중간막이 개재(interpose)될 수 있다.
상기 상부막과 상기 하부막은 실리콘막일 수 있고, 상기 중간막은 실리콘 산화막일 수 있다.
상기 상부막에 상기 제1 개구부 및 상기 하부막으로부터 이격된 제2 개구부가 더 형성될 수 있다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 하부막, 중간막 및 상부막이 차례로 적층된 적층 기판을 마련하는 단계; 상기 상부막에 상기 중간막을 노출시키는 제1 개구부를 형성하는 단계; 상기 하부막을 식각하여 상기 하부막에서 상기 제1 개구부에 대응되는 영역을 제거하고, 상기 하부막의 외경은 상기 상부막의 외경보다 작게하는 단계; 및 상기 상부막 및 상기 하부막을 식각하는 과정에서 노출된 상기 중간막을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크의 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 하부막과 상기 상부막은 실리콘막일 수 있고, 상기 중간막은 실리콘 산화막일 수 있다.
상기 적층 기판은 SOI(silicon-on-insulator) 기판일 수 있다.
상기 제1 개구부를 형성하는 단계에서 상기 상부막에 제2 개구부를 더 형성하고, 상기 하부막은 그의 외경이 상기 제1 및 제2 개구부 사이에 위치하도록 식각할 수 있다.
상기 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 홈(cavity)이 형성된 기판을 마련하는 단계; 상기 기판 상에 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 섀도우 마스크를 정렬시키되, 상기 하부막이 상기 홈 안에서 상기 홈의 측벽에 접촉하도록 정렬시키는 단계; 상기 섀도우 마스크의 제1 개구부에 의해 노출된 상기 기판 부분 상에 박막을 형성하는 단계; 및 상기 섀도우 마스크를 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 형성방법을 제공한다.
여기서, 상기 하부막의 두께는 상기 홈의 깊이 보다 1∼10㎛ 작을 수 있다.
상기 섀도우 마스크의 상부막에 제2 개구부가 더 형성되어 있고 상기 제2 개구부를 통해 노출되는 상기 기판 상에도 상기 박막을 형성할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 의한 섀도우 마스크와 그 제조방법 및 상기 섀도우 마스크를 이용한 박막 형성방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 다소 과장되게 도시된 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 섀도우 마스크를 보여준다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 섀도우 마스크(200)는 제1 개구부(1)와 제2 개구부(2)를 갖는 상부막(S1)을 포함한다. 제1 개구부(1) 주위의 상부막(S1) 하면에 하부막(S2)이 구비된다. 하부막(S2)은 섀도우 마스크(200)의 하향 돌출부이고, 기판의 홈(cavity) 가장자리에 끼워질 수 있도록 설계된다. 따라서, 하부막(S2)의 외측폭(a)은 기판의 홈(cavity) 폭 보다 다소 작다. 상부막(S1)과 하부막(S2) 사이에 중간막(L)이 개재될 수 있다. 상부막(S1)과 하부막(S2)은 실리콘막일 수 있고, 중간막(L)은 실리콘 산화막일 수 있다. 제1 개구부(1)와 제2 개구부(2)는 원형, 직사각형, 정사각형 등 다양한 모양을 가질 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 섀도우 마스크를 보여준다.
도 3과 도 2에서 동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 나타낸다. 도 3에서 제1 개구부(1), 제2 개구부(2) 및 하부막(S2)의 모양은 사각형이다. 이들의 모양은 다양하게 변형될 수 있다.
이하에서, 도 2에 도시한 섀도우 마스크의 제조방법을 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 설명한다.
도 4a를 참조하면, 하부막(S2)과 중간막(L) 및 상부막(S1)이 차례로 적층된 적층 기판을 마련한다. 하부막(S2)과 상부막(S1)은 실리콘막일 수 있고, 중간막(L)은 실리콘 산화막일 수 있다. 따라서, 상기 적층 기판은 하부 실리콘막, 실리콘 산화막 및 상부 실리콘막이 차례로 적층된 SOI(silicon-on-insulator) 기판일 수 있다. 상부막(S1) 상에 상부막(S1)의 소정 영역을 노출시키는 제1 감광막패턴(PR1)을 형성한다. 그런 다음, 제1 감광막패턴(PR1)을 식각 마스크로 이용해서 상부막(S1)의 소정 영역을 식각하여 상부막(S1)에 중간막(L)을 노출시키는 제1 개구부(1) 및 제2 개구부(2)를 형성한다. 제1 개구부(1)와 제2 개구부(2)는 원형, 직사각형, 정사각형 등 다양한 모양을 가질 수 있다. 하부막(S2)의 밑면 상에 하부막(S2)의 소정 영역을 노출시키는 제2 감광막패턴(PR2)을 형성한다. 제2 감광막패턴(PR2)은 하부막(S2)의 제1 개구부(1) 둘레 부분을 덮도록 형성한다. 그런 다음, 제2 감광막패턴(PR2)을 식각 마스크로 이용해서 하부막(S2)을 식각한다. 이 결과, 도 4b에 도시한 바와 같이 하부막(S2)은 제1 개구부(1) 둘레에만 남게된다. 상기 식각 후 남은 하부막(S2)은 제1 개구부(1) 둘레의 상부막(S1) 아래에 위치한다. 그리고 상기 식각 후 남은 하부막(S2) 사이의 직경은 제1 개구부(1)의 직경과 동일하다.
상부막(S1)과 하부막(S2)의 식각은 반응성 이온 식각(reactive ion etching : 이하, RIE), 예컨대, ICP DRIE(inductively coupled plasma deep RIE) 방법으로 수행할 수 있다. 상기 식각에서 중간막(L)이 식각 정지막(etch stop layer)으로 이용될 수 있다.
상기 식각 후, 제1 및 제2 감광막패턴(PR1, PR2)을 제거한다. 제1 감광막패턴(PR1)은 하부막(S2) 식각 전에 제거할 수 있다. 제1 및 제2 감광막패턴(PR1, PR2)을 제거한 다음, 상부막(S1) 및 하부막(S2)을 식각하는 과정에서 노출된 중간막(L)을 제거한다. 이렇게 해서, 도 4c에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 섀도우 마스크(200)가 제조된다.
이하에서는 상기 본 발명의 실시예에 따른 섀도우 마스크(200)를 이용한 박막 형성방법을 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 섀도우 마스크를 이용한 박막 형성방법을 보여준다. 도 5에서 박막(250a)은 MEMS 스캐너의 반사막일 수 있다.
도 5를 참조하면, 표면에 소정 폭 및 깊이를 갖는 홈(H)이 형성된 기판(SUB)을 마련한다. 홈(H)의 폭은 수 mm 일 수 있고, 깊이는 수백 ㎛ 일 수 있다. 홈(H)의 저면은 평탄할 수 있다. 홈(H)은 직사각형, 정사각형, 원형 등 다양한 모양을 가질 수 있다. 기판(SUB) 상에 도 2에 도시한 섀도우 마스크(200)를 정렬시킨다. 이때, 섀도우 마스크(200)의 하부막(S2)이 홈(H)의 양측 가장자리 부분에 위치하도록 정렬한다. 이러한 정렬을 위해, 섀도우 마스크(200), 특히, 하부막(S2)의 두께 및 폭은 홈(H)의 폭 및 깊이를 고려하여 설계되어야 한다. 예컨대, 하부막(S2)의 두께는 홈(H)의 깊이보다 1∼10㎛ 정도 작고, 하부막(S2)의 외측폭(도 2에서 a)은 홈(H)의 폭보다 수 ㎛ 정도 작은 것이 바람직하다.
다음으로, 섀도우 마스크(200)의 제1 및 제2 개구부(1, 2)에 의해 노출된 기판(SUB) 상에 박막(250)을 형성한다. 홈(H) 저면의 중앙부 상에 형성된 박막은 MEMS 스캐너에서 미러(mirror) 역할을 하는 반사막(250a)일 수 있다. 그리고 홈(H)과 이격된 제2 개구부(2)를 통해 노출된 기판(SUB) 상에 형성된 박막은 정렬 마크(250b)일 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 섀도우 마스크(200)를 사용하면, 박막 형성시 홈(H)의 가장자리와 섀도우 마스크(200)가 거의 밀착되기 때문에, 박막의 형성 위치가 분명하게 한정된다. 그러므로, 박막의 폭 조절이 용이할 뿐만 아니라, 박막의 두께 균일성이 크게 개선된다.
한편, 도시하지는 않았지만, 박막(250) 증착시, 섀도우 마스크(200)의 상부면 및 측면에도 박막 형성 입자가 증착된다.
박막(250) 형성 후, 섀도우 마스크(200)를 제거한다. 이때, 하부막(S2)과 홈(H)의 표면이 완전 밀착되어 있지 않기 때문에, 섀도우 마스크(200)는 쉽게 제거된다.
이상의 실시예에서는 MEMS 스캐너의 반사막 형성을 위한 섀도우 마스크에 대해 주로 설명하였지만, 본 발명의 섀도우 마스크는 MEMS 스캐너 이외의 다른 분야에서도 사용될 수 있다. 다시 말해, 본 발명의 섀도우 마스크는 홈 등으로 인해 단차부가 존재하는 기판의 낮은 부분에 박막을 형성하는 공정이라면, 분야에 상관없이 이용될 수 있다.
또한, 이상의 실시예에서는 섀도우 마스크(200)가 제1 및 제2 개구부(1, 2)를 갖는 경우에 대해서 도시하고 설명하였지만, 본 발명의 섀도우 마스크는 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 정렬 마크가 요구되지 않는 경우라면, 본 발명의 섀도우 마스크(200)는 제2 개구부(2)를 갖지 않을 수도 있다. 따라서, 본 발명의 박막 형성공정은 제1 개구부만을 갖는 섀도우 마스크를 사용하여 수행할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 요철 부분을 갖는 섀도우 마스크를 사용하면, 박막 형성시 기판의 오목부(홈:H) 가장자리와 섀도우 마스크가 근접하여 박막의 형성 위치가 분명하게 한정되는 바, 박막을 균일한 두께로 형성할 수 있다.
따라서, 본 발명의 섀도우 마스크를 MEMS 스캐너의 반사막 형성시 사용하면, 균일한 반사율을 갖는 반사막을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 섀도우 마스크를 사용하면, 섀도우 마스크(200)의 하향 돌출부, 즉, 하부막(S2)과 기판(SUB)의 오목부(홈:H)가 맞춰짐으로써 섀도우 마스크(200)와 기판(SUB)의 정렬이 매우 정확하게 이루어질 수 있다. 즉, 섀도우 마스크(200)는 기판(SUB) 상에 자기 정렬(self align)될 수 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정해져야 한다.

Claims (15)

  1. 제1 개구부를 갖는 상부막; 및
    상기 제1 개구부 주위의 상부막 하면에 구비되어 있고, 상기 제1 개구부와 동일한 크기의 개구부를 갖는 하부막;을 포함하고,
    상기 하부막의 외측폭은 상기 상부막의 외측폭보다 작은 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 상부막과 상기 하부막 사이에 개재된 중간막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 상부막과 상기 하부막은 실리콘막인 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 중간막은 실리콘 산화막인 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 상부막에 상기 제1 개구부 및 상기 하부막으로부터 이격된 제2 개구부가 더 형성된 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크.
  6. 하부막, 중간막 및 상부막이 차례로 적층된 적층 기판을 마련하는 단계;
    상기 상부막에 상기 중간막을 노출시키는 제1 개구부를 형성하는 단계;
    상기 하부막을 식각하여 상기 하부막에서 상기 제1 개구부에 대응되는 영역을 제거함으로써 상기 하부막에 상기 제1 개구부와 동일한 크기를 갖는 개구부를 형성하고, 상기 하부막의 외경은 상기 상부막의 외경보다 작게하는 단계; 및
    상기 상부막 및 상기 하부막을 식각하는 과정에서 노출된 상기 중간막을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크의 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 하부막과 상기 상부막은 실리콘막인 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크의 제조방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 중간막은 실리콘 산화막인 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크의 제조방법.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 적층 기판은 SOI 기판인 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크의 제조방법.
  10. 제 6 항에 있어서, 상기 제1 개구부를 형성하는 단계에서 상기 상부막에 제2 개구부를 더 형성하고, 상기 하부막은 그의 외경이 상기 제1 및 제2 개구부 사이에 위치하도록 식각하는 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크의 제조방법.
  11. 홈(cavity)이 형성된 기판을 마련하는 단계;
    상기 기판 상에 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 섀도우 마스크를 정렬시키되, 상기 하부막이 상기 홈 안에서 상기 홈의 측벽에 접촉하도록 정렬시키는 단계;
    상기 섀도우 마스크의 제1 개구부에 의해 노출된 상기 기판 부분 상에 박막을 형성하는 단계; 및
    상기 섀도우 마스크를 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 형성방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 하부막의 두께는 상기 홈의 깊이 보다 1∼10㎛ 작은 것을 특징으로 하는 박막 형성방법.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 섀도우 마스크의 상부막에 제2 개구부가 더 형성되어 있고 상기 제2 개구부를 통해 노출되는 상기 기판 상에도 상기 박막을 형성하는 것을 특징으로 하는 박막 형성방법.
  14. 제1 개구부를 갖는 상부막; 및
    상기 제1 개구부 주위의 상부막 하면에 구비되어 있고, 상기 제1 개구부와 동일한 크기의 개구부를 갖는 하부막;을 포함하고,
    상기 상부막에 상기 하부막으로부터 이격된 제2 개구부가 더 구비되며,
    상기 하부막은 상기 상부막에 대하여 하향 돌출부이고 기판의 홈(cavity) 가장자리에 끼워지도록 구성된 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크.
  15. 제 2 항에 있어서, 상기 중간막의 외측폭은 상기 하부막의 외측폭과 동일한 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크.
KR1020060101041A 2006-10-17 2006-10-17 섀도우 마스크와 그 제조방법 및 섀도우 마스크를 이용한박막 형성방법 KR101281166B1 (ko)

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