KR101473062B1 - 마스크 - Google Patents

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Abstract

본 출원은, 마스크, 마스크의 제조 방법, 광 조사 장치, 광 조사 방법 및 정렬된 광배향막의 제조 방법에 관한 것이다. 본 출원의 마스크를 사용하면, 피조사체의 표면에 직진성이 우수한 광을 균일한 조도로 조사할 수 있다. 또한, 본 출원의 마스크는, 예를 들면, 피조사체가 곡면인 경우에도 효율적으로 광을 조사할 수 있다.

Description

마스크{MASK}
본 출원은 마스크, 마스크의 제조 방법, 광 조사 장치, 광 조사 방법 및 정렬된 광배향막의 제조 방법에 관한 것이다.
액정 분자를 일정 방향으로 배열하기 위해 사용되는 액정 배향막은 다양한 분야에 적용되고 있다. 액정 배향막으로는 광의 조사에 의해 처리된 표면으로서 인접하는 액정 분자를 배열시킬 수 있는 광배향막이 있다. 통상적으로 광배향막은 광감응성 물질(photosensitive material)의 층에 광, 예를 들면, 직선 편광된 광을 조사함으로써, 상기 광감응성 물질을 일정 방향으로 정렬(orientationally ordering)시켜서 제조할 수 있다.
예를 들어, 특허문헌 1 및 2 등에는 광배향막을 형성하기 위한 장치를 개시하고 있다.
보다 효율적으로 광배향막을 형성하기 위해서는 직진도가 우수한 광을 균일한 조도로 피조사 표면에 조사할 필요가 있다. 이와 같이 직진도가 우수한 광을 균일한 조도로 조사하는 기술은, 광배향막의 형성 공정은 물론 예를 들면, 포토리소그라피를 위한 노광 등을 포함한 다양한 분야에서 유용하게 활용될 수 있다.
대한민국공개특허공보 제2006-0053117호 대한민국공개특허공보 제2009-0112546호
본 출원은, 마스크, 마스크의 제조 방법, 광 조사 장치, 광 조사 방법 및 정렬된 광배향막의 제조 방법을 제공한다.
예시적인 마스크는, 투광성 박막층 및 상기 투광성 박막층의 일면에 형성된 금속층을 포함할 수 있다. 상기 금속층에는, 예를 들면, 피조사체로 광을 가이드(guide)할 수 있는 개구부가 하나 이상 형성되어 있을 수 있다. 도 1은, 투광성 박막층(101) 및 개구부(1021)가 형성되어 있는 금속층(102)을 포함하는 예시적인 마스크를 나타내는 도면이다.
투광성 박막층은, 예를 들면, 개구부에 의해 가이드되는 광을 투과시킬 수 있는 얇은 층으로서, 약 10 ㎛ 내지 300 ㎛, 25 ㎛ 내지 200 ㎛ 또는 50 ㎛ 내지 100 ㎛ 정도의 두께를 가지는 층일 수 있다. 이러한 박막층은, 유연성을 가지고, 이에 따라, 예를 들면, 후술하는 바와 같이 필요한 경우 마스크를 곡면 형상으로 효과적으로 유지할 수 있다. 투광성 박막층은, 예를 들면, 투광성 세라믹층일 수 있다. 즉, 세라믹층을 필요한 경우에 상기 두께 범위로 얇게 가공하여 박막층으로 사용할 수 있다. 세라믹층으로는 유리층, 지르코니아층, 알루미나층, 타아타니아 또는 쿼츠(quartz)층 등을 사용할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
투광성 박막층의 적어도 하나의 표면에는 금속층이 형성되고, 상기 금속층에는 피조사체의 표면으로 광을 가이드할 수 있는 개구부가 하나 이상 형성되어 있을 수 있다. 용어 「피조사체의 표면으로 광을 가이드할 수 있는 개구부」는, 마스크의 일측면, 예를 들면, 마스크의 투광성 박막층측 또는 그 반대측으로 조사된 광이 개구부를 경유하여 마스크의 다른 측면으로 방사되어 피조사체의 표면으로 도달할 수 있도록 형성된 개구부를 의미할 수 있다.
개구부를 경유하여 피조사체의 표면으로 도달하는 광은 직진도를 가지는 광(collimated light or nearly collimated light)일 수 있다. 용어 「직진도를 가지는 광」은, 마스크로부터 방사된 광이 피조사체의 표면에 도달하는 과정에서 확산되거나, 조사 방향이 의도하지 않은 방향으로 변경되는 현상이 최소화로 억제되거나 발생하지 않는 광을 의미할 수 있다. 예를 들면, 「직진도를 가지는 광」은, 마스크의 다른 측면으로 방사되는 과정에서 발산각(divergence angle)이 약 ±10도 이내, 약 ±5도 이내 또는 약 ±3.5도 이내인 광을 의미할 수 있다. 용어 「발산각」은, 마스크의 평면에 수직한 법선과 개구부에 의해 가이드된 광이 진행하는 방향이 이루는 각도를 의미할 수 있다.
개구부에 의해서 가이드되는 광은, 예를 들면, 직선 편광된 광(linearly polarized light)일 수 있다. 직선 편광된 광은, 피조사체가 광배향막인 경우에, 광배향막의 광감응성 물질을 정렬시켜 배향성을 부여하기 위하여 사용될 수 있다.
금속층의 개구부의 크기, 예를 들면, 개구부의 두께, 폭 또는 종횡비 등은 가이드된 광이 조사되는 피조사체의 표면과 마스크와의 거리를 고려하여 선택될 수 있다. 예를 들면, 개구부의 두께, 폭 또는 종횡비는 마스크와 피조사체의 표면과의 거리와 일정한 함수 관계를 가지도록 선택될 수 있다.
도 2 및 3는, 예시적인 마스크에서 개구부(42)가 형성되어 있는 금속층(40)만을 도시한 도면이다. 도 2에서 금속층(40)은 공통되는 방향으로 연장되면서 서로 평행하게 배치된 복수의 개구부(42)를 포함하고 있다. 도면에 도시하지는 않았으나, 상기 마스크의 금속층에서 개구부는 하나만 형성되어 있을 수 있으며, 개구부의 배치도 도 2 및 3에 제한되지 않고 다양하게 설계될 수 있다. 금속층(40)에서 개구부(42)의 수와 배치 형태는 특별히 제한되지 않으며, 피조사체의 종류에 따라서 적절하게 조절될 수 있다. 예를 들면, 금속층(40)의 개구부(42)의 수와 배치 형태는, 피조사체(50)가 포토레지스트라면, 노광되어야 하는 부위의 수나 형태에 따라서 선택될 수 있고, 피조사체(50)가 광배향막이라면, 배향성이 부여되어야 할 부위의 수나 형태 등을 고려하여 선택될 수 있다.
개구부(42)의 크기, 예를 들면, 개구부(42)의 두께(t), 폭(w) 또는 종횡비(w/t)는 피조사체(50)의 표면과 마스크의 거리에 따라서 조절될 수 있다. 상기에서 마스크와 피조사체의 표면과의 거리는, 예를 들어, 금속층의 표면과 피조사체의 표면과의 거리를 의미할 수 있다. 즉, 마스크의 투광성 박막층이 피조사체와 대향하여 배치되는 경우에도, 상기 거리는 금속층의 표면과 피조사체의 표면과의 거리로 규정될 수 있다. 상기에서 개구부(42)의 두께(t)는 마스크의 일측면으로 조사된 광이 금속층(40)의 개구부(42)를 경유하는 최단 거리를 의미할 수 있고, 예를 들면, 금속층(40)의 일측면과 다른 측면을 수직하게 연결한 직선의 거리를 의미할 수 있다. 또한, 개구부(42)의 폭(w)은 개구부(42)의 양측면을 수직으로 연결한 직선의 거리를 의미할 수 있다. 상기에서 피조사체의 표면과의 거리에 따라서 조절되는 개구부의 크기는, 예를 들면, 개구부(42)의 두께(t)일 수 있다. 개구부(42)의 크기는 개구부(42)로부터 광의 직진성을 향상시킬 수 있도록 조절될 수 있다.
도 3은, 도 2의 금속층(40)을 I-I 방향으로 절단한 절단면을 도시하는 것으로서, 금속층(40)의 개구부(42)의 크기가 피조사체(50)의 표면과의 거리에 따라서 조절되는 경우를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 3에서 L2는, 개구부(42)에 의해 가이드된 광 중에서 발산각이 0도인 광을 나타내고, L1은 개구부(42)에 의해 가이드된 광으로서, 발산각이 θ도인 광을 보여주고 있다. 발산각(θ)은, 도 3와 같이, 금속층(40)의 평면에 수직한 법선과 개구부(42)에 의해 가이드된 광이 진행하는 방향이 이루는 각도를 의미할 수 있다.
금속층(40)의 개구부(42)는 직진도가 우수한 광을 생성하여 피조사체(50) 표면의 조사 영역, 예를 들면, 도 3의 S로 표시되는 영역에만 광이 조사되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 발산각이 큰 광이 존재하는 경우에도, 피조사체(50)에서 목적 부위(S) 외에, 예를 들면, 도면에서 「b」로 표시되는 거리(이하, 「이탈 거리」이라 칭한다.)까지 광이 조사되지 않도록, 개구부(42)의 크기가, 피조사체(50)의 표면과 마스크의 거리(예를 들면, 도 3의 a)를 고려하여, 도 3에서 이탈거리가 최소화되거나, 존재하지 않도록 조절될 수 있다.
예를 들어, 개구부의 크기는, 도 2를 참조하면, 피조사체(50)와 마스크의 거리(a), 개구부(42)의 두께(t) 및 폭(w)이 하기 수식 1을 만족하도록 선택될 수 있다.
[수식 1]
b = (a/t) × w
도 3에서 이탈 거리의 범위는 마스크의 적용 용도에 따라서 변경될 수 있다. 예를 들어, 마스크의 패턴의 폭이 큰 경우에는 이탈거리를 길게 하는 것이 요구될 수도 있고, 마스크의 패턴의 균일성이 요구되는 경우에는 이탈거리가 최소화되는 것이 필요할 수 있다.
예를 들어, 이탈 거리는 개구부(42)의 폭(w)의 1/5배 이하일 수 있고, 따라서 개구부의 크기는 상기 개구부의 두께(t)가 마스크와 피조사체 표면(50)과의 거리(a)와 함께 하기 수식 2를 만족하도록 설정될 수 있다.
[수식 2]
5a ≤ t
도 3을 참조하면, 개구부(42)의 두께(t)는, 예를 들면, 피조사체의 표면(50)과 마스크의 거리(a)의 약 5배 이상, 약 6배 이상, 약 7배 이상, 약 8배 이상, 약 9배 이상 또는 약 10배 이상으로 조절될 수도 있다. 개구부(42)의 두께의 상한은, 목적하는 이탈 영역의 정도에 따라서 조절되는 것으로 특별히 제한되는 것은 아니다. 다만, 두께가 두꺼워지면, 광의 직진도는 개선, 즉 발산각은 줄어들 수 있으나, 피조사체(50)에 도달하는 광의 조도가 떨어질 수 있으므로, 상기 두께(t)는, 예를 들면, 상기 거리(a)의 30배 이하, 20배 이하 또는 15배 이하로 조절될 수 있다.
금속층의 개구부는, 조사되는 광을 가이드할 수 있도록 형성되는 한 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 개구부(42)는, 도 3에 나타난 것처럼, 대향하는 내벽이 평행하게 형성되어 있는 형상일 수 있다. 이러한 경우, 개구부(42)는, 금속층(40)의 두께에 따라서 정사각형 또는 직사각형의 단면 형상을 가질 수 있다. 필요한 경우에 개구부는, 광이 조사되는 측, 예를 들면, 마스크에서 투광성 박막층과 접하는 금속층의 면측이 넓게 형성되고, 광이 방사되는 측, 예를 들면, 금속층의 투광성 박막층과 접하는 면의 반대측이 좁게 형성되어, 광이 조사되는 측에서 광이 방사되는 측으로 갈수록 폭이 좁아지도록 구성될 수도 있다. 상기에서 폭이 좁아지는 비율은 규칙적이거나 불규칙적일 수 있다. 필요하다면, 개구부의 폭이 두께 방향을 따라서 규칙적 또는 불규칙적으로 좁아지다가 넓어지거나, 또는 넓어지다가 좁아지도록 개구부가 형성될 수도 있다.
금속층을 형성하는 소재는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 금속층은, 광을 차단 또는 반사할 수 있는 금속을 포함하는 층일 수 있다. 이러한 금속으로는, 금, 은, 크롬, 알루미늄, 구리, 타아타늄, 니켈, 몰리브덴, 또는 텅스텐 등이 예시될 수 있다.
마스크의 개구부에 의해서 가이드된 광이 조사되는 피조사체의 종류는, 특별히 제한되지 않는다. 피조사체의 범주에는, 직진도를 가지는 광이 균일한 조도로 조사될 필요가 있는 모든 종류의 대상이 포함될 수 있다. 예를 들면, 피조사체에는, 노광이 필요한 포토레지스트 또는 광배향이 필요한 광배향막 등이 포함될 수 있다.
마스크는 곡면을 형성하고 있는 상태로 유지될 수 있다. 예를 들어, 개구부에 의하여 가이드된 광이 조사되는 표면이 곡면으로 유지된 표면인 경우에, 마스크가 곡면으로 유지되는 것이 필요할 수 있다.
표면이 곡면으로 유지된 피조사체로는, 예를 들면, 소위 롤투롤 과정에서 광이 조사되는 피조사체가 예시될 수 있다. 용어 「롤투롤 공정」에는, 가이드롤, 이송롤 또는 권취롤 등의 롤을 사용하여 피조사체를 연속적으로 이송하면서 광을 조사하는 과정을 포함하는 공정이 모두 포함될 수 있다. 롤투롤 공정에서 피조사체에 광을 조사하는 과정은, 예를 들면, 피조사체가 롤에 감기어진 상태에서 수행될 수 있다. 이러한 방식으로 광을 조사하게 되면, 피조사체가 효과적으로 고정된 상태에서 광이 조사될 수 있다.
도 4는, 롤투롤 공정에서 피조사체(50)에 마스크(40)를 매개로 광을 조사하는 과정을 예시적으로 도시한 것이다. 도 4와 같이, 피조사체(50)가 롤(60)에 감기어져 표면이 곡면으로 유지되고, 이 상태에서 광이 조사될 수 있다. 마스크(40)의 개구부(42)의 두께(t)는, 피조사체(50)와의 거리(a)에 따라서 조절될 수 있고, 또한 표면의 곡률 반경도 고려될 수 있다. 마스크(40)가 복수의 개구부(42)를 포함하는 경우, 각 개구부(42)의 두께는 동일하게 조절될 수도 있고, 상이하게 조절될 수도 있다. 예를 들어, 도 4와 같이 곡면으로 형성된 표면에 광을 조사할 때에는, 마스크(40)와 피조사체(50)의 거리(a)는, 각 개구부(42) 별로 상이할 수 있고, 이러한 경우에 각 개구부(42)의 두께는 다르게 조절될 수도 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
마스크를 곡면으로 유지하는 방법은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 상기 마스크는 곡면을 가지는 구조물을 추가로 포함하고, 상기 투광성 박막층이 상기 구조물에 부착되어 곡면 형성으로 유지되어 있을 수 있다. 마스크는, 투광성의 박막층과 금속층으로 형성되어 유연성을 가지며, 이에 따라서 곡면 구조물의 곡면에 그 곡면의 형상에 따라서 부착되어 곡면을 형성할 수 있다. 도 4는, 곡면을 가지는 구조물(401) 및 상기 구조물(401)의 곡면에 순차 부착되어 있는 투광성 박막층(101) 및 금속층(102)을 포함하는 마스크를 예시적으로 보여주고 있다.
곡면을 가지는 구조물은, 예를 들면, 투광성을 가지는 소재로 되는 판 형상의 적절한 구조물의 표면을 곡면 가공하여 제조할 수 있다. 곡면 구조물을 형성할 수 있는 투광성을 가지는 소재의 예로는, 투광성 박막층을 형성하는 투광성 세라믹 소재 등이 예시될 수 있다.
곡면 형상으로 유지된 마스크의 형태, 예를 들면, 마스크의 곡률 반경 등은 특별히 제한되지 않고, 피조사체로 적절한 광의 조사가 가능하도록 선택되면 된다. 예를 들면, 마스크의 곡률 반경은, 곡면 형상으로 유지된 피조사체의 곡률 반경과 대등하게 되도록 조절될 수 있다. 예를 들면, 마스크가 곡면으로 유지된 경우에 마스크의 투광성 박막층은, 10 mm 내지 500 mm 정도의 곡률 반경을 가질 수 있다.
마스크는, 예를 들면, 투광성 박막층의 표면에 상기 개구부가 하나 이상 형성된 금속층을 형성하는 방식으로 제조할 수 있다.
투광성 박막층의 표면에 금속층을 형성하는 방법은 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 투광성 박막층의 표면에 스퍼터링이나 물리적 또는 화학적 증착 방식으로 금속층을 형성하거나, 얇은 금속 필름을 투광성 박막층에 라미네이트하는 방식으로 금속층을 형성할 수 있다. 상기에서 형성되는 금속층의 두께는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 목적하는 개구부의 두께 등을 고려하여 조절될 수 있다.
금속층을 형성한 후에 금속층을 가공하여 개구부를 형성할 수 있다. 개구부의 형성은 투광성 박막층의 표면에 금속층을 형성한 후에 가공에 의해 수행할 수도 있고, 금속 필름이 부착되는 경우에는 박막층에 필름을 부착하기 전 또는 후에 가공에 의해 수행할 수도 있다. 개구부는, 예를 들면, 스크린 인쇄, 레지스트 프린팅, 포토리소그래피 공정이나 레이저 조사에 의한 가공을 통해 수행할 수 있다.
마스크를 제조하는 과정은, 곡면을 가지는 구조물에 상기 투광성 박막층을 부착하는 과정을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들면, 금속층이 형성되기 전 또는 후의 투광성 박막층이 적절한 점착제 또는 접착제를 사용하여 곡면 구조물에 부착될 수 있다.
본 출원은 또한 상기 마스크를 포함하는 장치, 예를 들면, 광조사 장치에 관한 것이다. 예시적인 장치는, 상기 마스크 및 피조사체가 거치되는 장비를 포함할 수 있다.
상기에서 마스크는, 예를 들면, 장비에 거치된 피조사체의 표면과의 거리가 약 50 mm 이하가 되도록 설치될 수 있다. 상기 거리는, 예를 들면, 0 mm를 초과하거나, 0.001 mm 이상, 0.01 mm 이상, 0.1 mm 이상 또는 1 mm 이상일 수 있다. 또한, 상기 거리는 40 mm 이하, 30 mm 이하, 20 mm 이하 또는 10 mm 이하일 수 있다. 피조사체의 표면과 마스크의 거리는 상기한 상한 및 하한의 다양한 조합으로 설계될 수 있다.
상기 기술한 바와 같이, 장치에 포함되는 마스크에서 개구부의 두께는, 상기 피조사체의 표면과 마스크의 거리의 약 5배 이상, 약 6배 이상, 약 7배 이상, 약 8배 이상, 약 9배 이상 또는 약 10배 이상일 수 있다. 개구부의 두께는, 상기 피조사체의 표면과의 거리의 약 30배 이하, 20배 이하 또는 약 25배 이하일 수 있다.
피조사체가 거치되는 장비의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 광이 조사되는 동안 피조사체가 안정적으로 유지될 수 있도록 설계되어 있는 모든 종류의 장비가 포함될 수 있다.
피조사체가 거치되는 장비는, 피조사체의 표면을 곡면으로 유지한 상태로 피조사체를 거치할 수 있는 장비일 수 있다. 이러한 장비의 예로는, 상기한 롤투롤 공정에서의 롤이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 피조사체가 거치되는 장비가 상기 피조사체의 표면을 곡면으로 유지한 상태로 거치할 수 있는 장비인 경우에, 마스크 역시 곡면으로 유지된 상태로 장치에 포함되어 있을 수 있다. 이러한 경우 마스크의 곡면 형상이 피조사체가 거치되는 장비의 곡면에 대응되도록 장치에 포함될 수 있다. 예를 들어, 도 4와 같이 피조사체가 거치되는 장비(60) 및 마스크(40)를 포함하는 장치에 도 5와 같은 형태의 마스크가 사용되는 경우에 마스크의 곡면 형상의 오목한 표면이 장비(60)에 대응되도록 장치 내에 포함될 수 있다. 즉, 도 5와 같은 형태의 마스크에서 금속층(102)이 장비(60)에 대향되도록 배치될 수 있다.
곡면 형상의 마스크의 곡률 반경은, 예를 들면, 장비에 의해 유지되는 피조사체의 곡률 반경과 대등한 수준으로 조절될 수 있다. 예를 들면, 피조사체의 표면의 곡률 반경이, 약 10 mm 내지 500 mm 정도라면, 곡면 형상의 마스크의 곡률 반경도 약 10 mm 내지 500 mm 정도로 조절될 수 있다.
장치는, 마스크로 광을 조사할 수 있는 광원을 추가로 포함할 수 있다. 광원으로는, 마스크의 방향으로 광을 조사할 수 있는 것이라면, 목적에 따라서 특별한 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들면, 마스크의 개구부로 가이드되는 광을 통하여 광배향막의 배향이나, 포토레지스트의 노광 등을 수행하고자 하는 경우에는, 광원으로는, 자외선의 조사가 가능한 광원으로서, 고압 수은 자외선 램프, 메탈 할라이드 램프 또는 갈륨 자외선 램프 등이 사용될 수 있다.
광원은 하나 또는 복수개의 광 조사 수단을 포함할 수 있다. 복수의 광 조사 수단이 포함되는 경우에 조사 수단의 수나 배치 형태는 특별히 제한되지 않는다. 광원이 복수의 광 조사 수단을 포함하는 경우에, 광 조사 수단은, 2개 이상의 열을 형성하고 있으며, 2개 이상의 열 중 어느 하나의 열에 위치하는 광 조사 수단과 상기 어느 하나의 열과 인접하는 다른 열에 위치되어 있는 광 조사 수단은 서로 엇갈려서 중첩되도록 배치될 수 있다.
광 조사 수단이 서로 엇갈려서 중첩되어 있다는 것은, 어느 하나의 열에 존재하는 광 조사 수단과 어느 하나의 열과 인접하는 다른 열에 존재하는 광 조사 수단의 중심을 연결하는 선은 각 열과 수직한 방향과 평행하지 않은 방향(소정 각도로 경사진 방향)으로 형성되면서, 광 조사 수단의 조사 면적은 각 열과 수직한 방향에서 일정 부분 서로 겹쳐져서 존재하는 경우를 의미할 수 있다.
도 6은, 상기와 같은 광 조사 수단의 배치를 예시적으로 설명하고 있는 도면이다. 도 6에서는 복수의 광 조사 수단(10)이 2개의 열, 즉 A열과 B열을 형성하면서 배치되어 있다. 도 6의 광 조사 수단 중에서 101로 표시되는 광 조사 수단을 제 1 광 조사 수단으로 하고, 102로 표시되는 광 조사 수단을 제 2 광 조사 수단으로 하면, 제 1 및 제 2 광 조사 수단의 중심을 연결하는 선(P)은, A열 및 B열의 방향과 수직하는 방향으로 형성되어 있는 선(C)과 평행하지 않게 형성되어 있다. 또한, 제 1 광 조사 수단의 조사 면적과 제 2 광 조사 수단의 조사 면적은, A열 및 B열의 방향과 수직하는 방향으로 Q의 범위만큼 중첩되어 있다.
상기와 같은 배치에 의하면, 광원에 의해 조사되는 광의 광량을 균일하게 유지할 수 있다. 상기에서 어느 하나의 광 조사 수단과 다른 광 조사 수단이 중첩되는 정도, 예를 들면, 도 6에서 Q의 길이는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 중첩되는 정도는, 광 조사 수단의 직경, 예를 들면, 도 6의 L의 약 1/3 이상 내지 2/3 이하일 수 있다.
장치는, 또한 광원으로부터 조사되는 광의 광량의 조절을 위하여, 하나 이상의 집광판을 추가로 포함할 수 있다. 집광판은 예를 들면, 광원으로부터 조사된 광이 집광판으로 입사되어 집광된 후에, 집광된 광이 마스크로 조사될 수 있도록 장치 내에 포함될 수 있다. 집광판으로는, 광원으로부터 조사된 광을 집광할 수 있도록 형성되어 있다면, 이 분야에서 통상 사용되는 구성을 사용할 수 있다. 집광판으로는, 렌티큘러 렌즈층 등이 예시될 수 있다.
장치는, 또한 편광판을 추가로 포함할 수 있다. 편광판은, 예를 들면, 광원으로부터 조사된 광으로부터 직선으로 편광된 광을 생성하기 위하여 사용될 수 있다. 편광판은 예를 들면, 광원으로부터 조사된 광이 편광판으로 입사되어, 편광판을 투과한 광이 다시 마스크로 조사될 수 있도록 장치 내에 포함될 수 있다. 또한, 예를 들어, 장치가 집광판을 포함하는 경우에는, 편광판은, 광원으로부터 조사된 광이 집광판으로 집광된 후에 편광판에 입사될 수 있는 위치에 존재할 수 있다.
편광판으로는, 광원으로부터 조사된 광으로부터 직선 편광된 광을 생성할 수 있는 것이라면, 특별한 제한 없이 사용될 수 있다. 이러한 편광판으로는, 브루스터 각으로 배치된 유리판 또는 와이어 그리드 편광판 등이 예시될 수 있다.
도 7은, 광 조사 장치(1)의 하나의 예를 나타내는 도면이다. 도 7의 장치(1)는, 순차로 배치된 광원(10), 집광판(20), 편광판(30), 마스크(40) 및 피조사체(50)를 거치하는 장비(60)를 포함하고 있다. 도 7의 장치(1)에서는, 광원(10)에서 조사된 광이 우선 집광판(20)에 입사하여 집광되고, 다시 편광판(30)으로 입사한다. 편광판(30)에 입사한 광은 직선으로 편광된 광으로 생성되고, 다시 마스크(40)로 입사되어 개구부에 의해 가이드되어 피조사체(50)의 표면에 조사될 수 있다.
본 출원은, 광 조사 방법에 대한 것이다. 예시적인 상기 방법은, 상기 기술한 광조사 장치를 사용하여 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 방법은, 상기 피조사체가 거치될 수 있는 장비에 피조사체를 거치하고, 상기 마스크를 매개로 상기 피조사체로 광을 조사하는 것을 포함할 수 있다.
상기 과정에서 마스크로 조사된 광을 마스크의 개구부를 통해 가이드되어 피조사체로 조사될 수 있다. 이 과정에서 전술한 바와 같이 마스크의 개구부의 크기나 형상 등은 피조사체와의 거리나 형상 등에 따라서 조절할 수 있다.
하나의 예시에서 상기 피조사체는 광배향막일 수 있다. 이러한 경우 상기 광조사 방법은, 정렬된 광배향막을 제조하는 방법일 수 있다. 예를 들어, 광배향막이 장비에 고정된 상태로 마스크를 매개로 직선 편광된 광 등을 조사하여 광배향막에 포함되어 있는 광감응성 물질을 소정 방향으로 정렬시켜서 배향성이 발현된 광배향막을 제조할 수 있다.
상기 방법에 적용될 수 있는 광배향막의 종류는 특별히 제한되지 않는다. 해당 분야에서는 광감응성 잔기를 포함하는 화합물로서 광배향막의 형성에 사용할 수 있는 다양한 종류의 광배향성 화합물이 공지되어 있고, 이러한 공지의 물질은 모두 광배향막의 형성에 사용될 수 있다. 광배향성 화합물로는, 예를 들면, 트랜스-시스 광이성화(trans-cis photoisomerization)에 의해 정렬되는 화합물; 사슬 절단(chain scission) 또는 광산화(photo-oxidation) 등과 같은 광분해(photo-destruction)에 의해 정렬되는 화합물; [2+2] 첨가 환화([2+2] cycloaddition), [4+4] 첨가 환화 또는 광이량화(photodimerization) 등과 같은 광가교 또는 광중합에 의해 정렬되는 화합물; 광 프리즈 재배열(photo-Fries rearrangement)에 의해 정렬되는 화합물 또는 개환/폐환(ring opening/closure) 반응에 의해 정렬되는 화합물 등을 사용할 수 있다. 트랜스-시스 광이성화에 의해 정렬되는 화합물로는, 예를 들면, 술포화 디아조 염료(sulfonated diazo dye) 또는 아조고분자(azo polymer) 등의 아조 화합물이나 스틸벤 화합물(stilbenes) 등이 예시될 수 있고, 광분해에 의해 정렬되는 화합물로는, 시클로부탄 테트라카복실산 이무수물(cyclobutane-1,2,3,4-tetracarboxylic dianhydride), 방향족 폴리실란 또는 폴리에스테르, 폴리스티렌 또는 폴리이미드 등이 예시될 수 있다. 또한, 광가교 또는 광중합에 의해 정렬되는 화합물로는, 신나메이트(cinnamate) 화합물, 쿠마린(coumarin) 화합물, 신남아미드(cinnamamide) 화합물, 테트라히드로프탈이미드(tetrahydrophthalimide) 화합물, 말레이미드(maleimide) 화합물, 벤조페논 화합물 또는 디페닐아세틸렌(diphenylacetylene) 화합물이나 광감응성 잔기로서 찰코닐(chalconyl) 잔기를 가지는 화합물(이하, 찰콘 화합물) 또는 안트라세닐(anthracenyl) 잔기를 가지는 화합물(이하, 안트라세닐 화합물) 등이 예시될 수 있고, 광 프리즈 재배열에 의해 정렬되는 화합물로는 벤조에이트(benzoate) 화합물, 벤조아미드(benzoamide) 화합물, 메타아크릴아미도아릴 (메타)아크릴레이트(methacrylamidoaryl methacrylate) 화합물 등의 방향족 화합물이 예시될 수 있으며, 개환/폐환 반응에 의해 정렬하는 화합물로는 스피로피란 화합물 등과 같이 [4+2] π 전자 시스템([4+2] π electronic system)의 개환/폐환 반응에 의해 정렬하는 화합물 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이러한 광배향성 화합물을 사용한 공지의 방식을 통해서 상기 광배향막을 형성할 수 있다. 예를 들면, 광배향막은 상기 화합물을 사용하여 적절한 지지 기재상에 형성될 수 있고, 이러한 광배향막은 피조사체를 거치할 수 있는 장비, 예를 들면, 롤에 의해 이송되면서 상기 방법에 적용될 수 있다.
상기 방법에서 마스크를 매개로 광이 조사되는 광배향막은, 1차 배향 처리된 광배향막일 수 있다. 1차 배향 처리는, 예를 들면, 일정 방향으로 직선 편광된 자외선을 마스크를 매개로 광을 조사하기 전에 광배향막, 예를 들면, 광배향막의 전체 면에 조사함으로써 수행할 수 있다. 1차 배향 처리된 광배향막에 마스크를 매개로 광을 조사하되, 상기 1차 배향 처리 시와는 상이한 방향으로 편광된 광을 조사하게 되면, 개구부에 대응되는 광배향막의 영역에만 광이 조사되어, 광배향성 화합물이 재정렬되고, 이를 통하여 광배향성 화합물의 정렬 방향이 패턴화되어 있는 광배향막을 제조할 수 있다.
광배향막의 배향을 위하여, 예를 들어, 직선 편광된 자외선을 1회 이상 조사하면, 배향층의 배향은 최종적으로 조사되는 광의 편광 방향에 의해 결정된다. 따라서, 광배향막에 일정 방향으로 직선 편광된 자외선을 조사하여 1차 배향시킨 후에, 마스크를 매개로 소정 부위에만 1차 배향 처리 시에 사용한 것과는 다른 방향으로 직선 편광된 광에 노출시키면, 광이 조사되는 소정 부위에서만 배향층의 방향이 1차 배향 처리 시의 방향과는 상이한 방향으로 변경될 수 있다. 이에 따라서 제 1 배향 방향을 가지는 제 1 배향 영역과 제 1 배향 방향과는 상이한 제 2 배향 방향을 가지는 제 2 배향 영역을 적어도 포함하는 패턴 또는 배향 방향이 서로 다른 2종류 이상의 배향 영역이 광배향막에 형성될 수 있다.
하나의 예시에서 1차 배향 시에 조사되는 직선 편광된 자외선의 편광축과 1차 배향 후에 마스크를 매개로 수행되는 2차 배향 시에 조사되는 직선 편광된 자외선의 편광축이 이루는 각도는 수직일 수 있다. 상기에서 수직은, 실질적인 수직을 의미할 수 있다. 이러한 방식으로 1차 및 2차 배향 시에 조사되는 광의 편광축을 제어하여 제조된 광배향막은, 예를 들면, 입체 영상을 구현할 수 있는 광학 필터에 사용될 수 있다.
예를 들어 상기와 같이 형성된 광배향막상에 액정층을 형성하여 광학 필터를 제조할 수 있다. 액정층을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 광배향막 상에 광에 의한 가교 또는 중합이 가능한 액정 화합물을 도포 및 배향한 후에 액정 화합물의 층에 광을 조사하여 가교 또는 중합시켜서 형성할 수 있다. 이와 같은 단계를 거치면, 액정 화합물의 층은, 광배향막의 배향에 따라서 배향 및 고정되어서, 배향 방향이 상이한 2종류 이상의 영역을 포함하는 액정 필름이 제조될 수 있다.
광배향막에 도포되는 액정 화합물의 종류는 특별히 제한되지 않고, 광학 필터의 용도에 따라서 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 광학 필터가 입체 영상의 구현을 위한 필터인 경우에는, 액정 화합물은, 하부에 존재하는 배향층의 배향 패턴에 따라서 배향할 수 있고, 광가교 또는 광중합에 의하여 λ/4의 위상차 특성을 나타내는 액정 고분자층을 형성할 수 있는 액정 화합물일 수 있다. 용어 「λ/4의 위상차 특성」은 입사되는 광을 그 파장의 1/4배만큼 위상 지연시킬 수 있는 특성을 의미할 수 있다. 이러한 액정 화합물을 사용하면, 예를 들면, 입사광을 좌원 편광된 광 및 우원 편광된 광으로 분할할 수 있는 광학 필터를 제조할 수 있다.
액정 화합물을 도포하고, 또한 배향 처리, 즉 하부의 배향층의 배향 패턴에 따라서 정렬시키는 방식이나, 정렬된 액정 화합물을 가교 또는 중합시키는 방식은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 배향은, 액정 화합물의 종류에 따라서 화합물이 액정성을 나타낼 수 있는 적절한 온도에서 액정층을 유지하는 방식 등으로 진행될 수 있다. 또한, 가교 또는 중합은, 액정 화합물의 종류에 따라서 적절한 가교 또는 중합이 유도될 수 있는 수준의 광을 액정층으로 조사하여 수행할 수 있다.
본 출원의 마스크를 사용하면, 피조사체의 표면에 직진성이 우수한 광을 균일한 조도로 조사할 수 있다. 또한, 본 출원의 마스크는, 예를 들면, 피조사체가 곡면인 경우에도 효율적으로 광을 조사할 수 있다.
도 1은 예시적인 마스크를 보여주는 모식도이다.
도 2 및 3은, 개구부의 크기와 피조사체와 마스크의 거리의 관계를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 4은, 예시적인 광조사 장치를 보여주는 도면이다.
도 5는 곡면으로 유지된 예시적인 마스크를 보여주는 도면이다.
도 6은, 예시적인 광 조사 수단의 배치를 나타내는 도면이다.
도 7은 예시적인 광 조사 장치를 나타내는 도면이다.
도 8 내지 10은, 실시예 및 비교예에서 형성된 광배향막의 상태를 보여주는 도면이다.
이하 실시예 및 비교예를 통하여 상기 기술한 내용을 보다 상세히 설명하나, 본 출원의 마스크 등의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예 1.
마스크의 제작
두께가 약 100 ㎛ 정도의 유리 필름에 스퍼터링으로 크롬을 증착하여 두께가 약 200 nm 정도인 크롬층을 형성하였다. 이어서 레이저 식각으로 크롬층을 가공하여 도 2와 같은 형태를 가지되, 개구부의 폭(w)이 약 540㎛이고, 두께(t)가 약 100 mm이며, 개구부간의 간격이 약 540㎛인 금속층을 제작하였다. 이어서, 쿼츠로 제조된 곡면 형상의 구조물의 곡면에 상기 유리 필름을 부착하여 도 5와 같은 형태의 마스크를 제작하였다.
광학 필터의 제조
상기 제조된 마스크를 사용하여, 도 4 및 7에 나타난 바와 같은 장치를 구성하였다. 구체적으로는 광원으로는 자외선(UV) 램프를 사용하고, 집광판으로는 일반적인 콜리메이터 렌즈를 사용하였으며, 편광판으로는 와이어 그리드 편광판을 사용하여, 광원으로부터 조사된 광이 집광판에서 집광된 후에 편광판을 거쳐 마스크로 입사되도록 장치를 설계하였다. 피조사체가 거치되는 장비로는 곡면을 가지는 롤을 사용하였고, 제작된 마스크의 오목한 표면이 상기 롤에 대응되도록 마스크를 설치하였다. 이 때 마스크와 피조사체가 거치되는 롤과의 거리가 약 200 ㎛ 정도가 되도록 하였다. 롤의 곡률 반경과 마스크의 곡률 반경을 대략 일치시켜서 상기 거리가 롤의 표면과 마스크의 전면에서 대략 동일하게 확보되도록 하였다.
그 후 다음과 같은 방식으로 광배향막 및 광학 필터를 제조하였다. 두께가 80 ㎛인 TAC(Triacetyl cellulose) 기재의 상부에 건조 두께가 1,000 Å이 되도록 폴리신나메이트 계열의 화합물을 포함하는 광배향막 형성용 코팅액의 층을 형성하였다. 상기 층은 코팅액을 롤 코팅 방법으로 TAC 기재상에 코팅하고 80℃에서 2분 동안 건조시켜, 용매를 제거하여 형성하였다. 이 때, 용액으로는 하기 화학식 1의 신나메이트기를 갖는 폴리노르보넨(중량평균분자량(Mw) = 150,000) 및 아크릴계 단량체의 혼합물을 광개시제(Igacure 907)와 혼합하고, 시클로헥사논 용매에 폴리노르보넨의 고형분 농도가 2 wt%가 되도록 용해시켜 제조하였다(폴리노르보넨: 아크릴계 단량체:광개시제 = 2:1:0.25(중량비)).
[화학식 1]
Figure 112012099978234-pat00001
광배향막 상에 마스크를 매개로 하지 않고 직선 편광된 자외선(300 mW/cm2)을 조사하여, 1차 배향시켰다. 그 후, 마스크를 매개로 광배향막 상에 1차 배향 시에 사용한 직선 편광된 자외선의 편광축과는 90도의 각도로 편광축을 가지는 직선 편광된 자외선을 조사(300 mW/cm2)하여 2차 배향을 실시하였다. 2차 배향 공정 후에 배향층상에 λ/4 파장 특성을 가지는 위상 지연층을 형성하였다. 구체적으로는, 광배향막 상에 액정 화합물(LC242™, BASF(제))을 약 1㎛ 의 건조 두께가 되도록 도포하고, 하부의 광배향막의 배향에 따라 배향시킨 후에, 자외선(300mW/cm2)을 약 10초 동안 조사하여 액정을 가교 및 중합시켜, 하부 광배향막의 배향에 따라서 지상축의 방향이 상이한 영역을 포함하는 광학 필터를 제조하였다.
상기 방식으로 배향 처리된 광배향막의 상태를 보여주는 확대 사진을 도 8에 나타내었다. 도면으로부터, 상기 방식에 의해 효율적인 배향 패턴을 가지는 광배향막이 형성된 것을 확인할 수 있다
실시예 2.
광배향막의 2차 배향 과정에서 광배향막이 마스크와 밀착되도록 간격을 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 광학 필터를 제조하였다. 이와 같은 방식으로 배향 처리된 광배향막의 확대 사진은 도 9에 나타내었다.
실시예 3.
2차 배향 과정에서 마스크와 광배향막의 간격이 약 500 ㎛ 정도가 되도록 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 광학 필터를 제조하였다. 이와 같은 방식으로 배향 처리된 광배향막의 확대 사진은 도 10에 나타내었다.
101: 투광성 박막층
40, 102: 금속층
42, 1021: 개구부
401: 곡면 구조물
50: 피조사체
t: 개구부의 두께
w: 개구부의 폭
L1, L2: 광
a: 마스크와 피조사체간의 거리
b: 이탈거리
S: 조사 부위
60: 피조사체가 거치되는 장비
10, 101, 102: 광 조사 수단
1: 마스크를 포함하는 장치

Claims (20)

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  7. 두께가 10 ㎛ 내지 300 ㎛이고, 곡면을 가지는 구조물 곡면의 곡면 형상으로 부착된 투광성 박막층의 표면에 피조사체로 광을 가이드할 수 있는 개구부가 하나 이상 형성되어 있는 금속층을 형성하는 것을 포함하는 마스크의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 금속층은 투광성 박막층의 표면에 금속을 증착하거나 또는 투광성 박막층의 표면에 금속 필름을 라미네이트하여 형성하는 마스크의 제조 방법.
  9. 제 7 항에 있어서, 개구부는 스크린 인쇄, 레지스트 프린팅, 포토리소그래피 또는 레이저 가공을 통해 형성하는 마스크의 제조 방법.
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