KR101695293B1 - 레이저 패턴 마스크 및 이의 제조 방법 - Google Patents

레이저 패턴 마스크 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이저 어블레이션(Laser Ablation) 공정으로 모기판 상의 레이어를 한번에 패터닝하기 위해 사용하는 레이저 패턴 마스크 표면에 보호막을 코팅하여 상기 마스크의 손상을 방지할 수 있는 레이저 패턴 마스크 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 레이저 패턴 마스크는, 베이스 기판; 상기 베이스 기판 상에 불투명 금속물질로 형성되며, 레이저 통과 영역을 정의하는 레이저 차단 패턴; 및 상기 레이저 차단 패턴을 포함한 상기 베이스 기판 전면에 형성되는 보호막을 포함하여 이루어진다.

Description

레이저 패턴 마스크 및 이의 제조 방법{LASER PATTERN MASK AND METHOD FOR FABRICATION THE SAME}
본 발명은 레이저 패턴 마스크에 관한 것으로, 특히, 레이저 어블레이션(Laser Ablation) 공정으로 레이어를 패터닝할 때, 택트 타임(Tack Time)을 감소시켜 수율을 향상시킬 수 있는 레이저 패턴 마스크 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 표시 장치에 대한 요구도 다양한 형태로 점증하고 있으며, 이에 부응하여 근래에는 LCD(Liquid Crystal Display Device), PDP(Plasma Display Panel), ELD(Electro Luminescent Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display) 등 여러 가지 평판 표시 장치가 연구되어 왔고, 일부는 이미 여러 장비에서 표시 장치로 활용되고 있다.
일반적으로 평판 표시 장치를 구성하는 복수개의 레이어들을 패터닝하기 위해 프린팅 공정 또는 포토리소그래피(Photolithography) 공정 등을 이용한다.
그런데, 현재 평판 표시 장치의 대형화 추세가 계속되고, 평판 표시 장치의 생산성 및 원가 절감을 위해 하나의 모기판에서 복수개의 기판을 만드는 공업인 다면취 공법이 개발되어, 화면의 대형화 및 다면취 공법의 무리 없는 적용을 위한 방법으로 레이저 어블레이션(Laser Ablation) 공정이 개발되었다.
상기 레이저 어블레이션 공정은 모기판 상의 레이어를 정확하고 효율적으로 노광하여 패터닝할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 레이저 어블레이션 장치를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 1은 레이저 어블레이션 장치이며, 도 2는 도 1의 레이저 패턴 마스크의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 상기 레이저 어블레이션 장치는, 광원(10), 빔 쉐이핑(Beam Shaping) 장치(15), 레이저 패턴 마스크(Laser Pattern Mask)(20), 빔 조향 장치(25) 및 투사 렌즈(30)로 구성되며, 다음과 같은 순서를 거쳐 모기판(70)에 레이저를 조사한다.
먼저, 상기 광원(10)으로부터 출력된 레이저는, 상기 빔 쉐이핑 장치(15)를 통과하며 단면적의 크기가 확대 또는 축소되며, 상기 레이저 패턴 마스크(20)를 통과하며 상기 레이저 패턴 마스크(20)의 패턴대로 패터닝된다.
도 2를 참조하면, 상기 레이저 패턴 마스크(도 1의 20)는 베이스 기판(100) 상에 오픈 영역을 갖도록 레이저 차단 패턴(130)이 형성되어 있다.
이때, 상기 오픈 영역은 레이저의 통과 영역에 해당된다.
상기 베이스 기판(100)은 투과율이 좋은 석영(Quartz)으로 형성되며, 상기 레이저 차단 패턴(130)은 불투명 금속물질에서 선택되며, 통상적으로 크롬(Cr) 또는 크롬 산화물이 주로 이용된다.
다시 도 1을 참조하면, 레이저는 상기 빔 조향 장치(25)를 통과하며 진행 방향이 바뀌고, 상기 투사 렌즈(30)를 통과하며 배율이 결정된다. 그리고, 상기 투사 렌즈(30)를 통과한 레이저가 상기 모기판(70) 상의 레이어에 조사되어 상기 레이어는 레이저 패턴 마스크(20)의 패턴대로 패터닝된다.
그리고, 상기 모기판(70)은 복수개의 패널(70a)을 가지므로 상기 레이어는 복수개의 동일한 패턴으로 패터닝 되어야 한다. 이때, 복수개의 동일한 패턴은 한번에 패터닝되는 것이 아니라 상기 모기판(70)이 좌, 우로 이동하며 하나씩 패터닝된다.
그런데, 상기와 같이 모기판(70)이 좌, 우로 이동하면서 레이어가 패터닝 되면, 스티칭(Stitching) 오차가 발생할 수 있으며, 택트 타임(Tack Time)이 증가하여 수율이 저하되는 문제점이 있다.
따라서, 모기판(70)의 전체 레이어를 한번에 패터닝하는 방법이 고안되었으나, 상기 모기판(70) 상의 레이어가 받는 레이저의 에너지와 동일한 에너지가 레이저 패턴 마스크(20)에 조사되므로, 상기 레이저 패턴 마스크(20)의 레이저 차단 패턴(130)이 손상 받아 레이저 차단 능력이 떨어지는 문제점이 발생한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 레이저 어블레이션(Laser Ablation) 공정으로 모기판 상의 전체 레이어를 한번에 패터닝할 때, 상기 레이저 패턴 마스크의 손상을 방지하는데, 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 레이저 패턴 마스크는, 베이스 기판; 상기 베이스 기판 상에 불투명 금속물질로 형성되며, 레이저 통과 영역을 정의하는 레이저 차단 패턴; 및 상기 레이저 차단 패턴을 포함한 상기 베이스 기판 전면에 형성되는 보호막을 포함하여 이루어진다.
상기 불투명 금속물질은 Al, Ag, Au 중 선택된 물질이다.
상기 보호막은 MgF2 또는 SiO2로 형성된다.
또한, 동일 목적을 달성하기 위한 본 발명의 레이저 패턴 마스크의 제조 방법은, 베이스 기판 상에 불투명 금속물질로 이루어지며, 레이저 통과 영역을 정의하는 레이저 차단 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 레이저 차단 패턴을 포함한 상기 베이스 기판 전면에 보호막을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.
상기 레이저 차단 패턴을 형성하는 단계는, 상기 베이스 기판 상에 레이저 차단층을 형성하고, 상기 레이저 차단층 상에 포토 레지스트를 도포하는 단계; 레이저 통과 영역을 갖도록 상기 포토 레지스트를 노광 및 현상하여 포토 레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 레이저 통과 영역 내에 잔류하는 상기 포토 레지스트를 제거하는 단계; 상기 포토 레지스트 패턴을 이용하여 상기 레이저 차단층을 패터닝하여 레이저 차단 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 포토 레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함하여 이루어진다.
상기 레이저 통과 영역 내에 잔류하는 상기 포토 레지스트를 제거하는 단계는, 애싱(Ashing) 또는 건식 식각(Dry Etch) 방법을 이용한다.
상기 레이저 차단 패턴을 형성하는 단계는, 습식 식각(Wet Etch) 방법을 이용한다.
상기 보호막을 형성하는 단계는, CVD, 스퍼터법, E-Beam 공정 중 선택된 공정을 이용한다.
상기와 같은 본 발명의 레이저 패턴 마스크 및 이의 제조 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 레이저 패턴 마스크의 베이스 기판상에 반사율이 높은 물질로 레이저 차단 패턴을 형성하므로, 레이어가 받는 레이저의 에너지와 동일한 에너지가 레이저 패턴 마스크에 조사되어도 레이저로 인한 손상을 줄일 수 있다.
둘째, 레이저 차단 패턴을 포함한 베이스 기판 전면에 보호막을 형성하여, 레이저로 인한 상기 레이저 차단 패턴의 손상을 줄이고, 상기 레이저 차단 패턴이 공기 중의 산소와 반응하여 상기 레이저 차단 패턴의 표면이 손상 받는 것을 방지한다.
도 1은 레이저 어블레이션(Laser Ablation) 장치이다.
도 2는 도 1의 레이저 패턴 마스크의 단면도이다.
도 3은 레이어를 하나씩 패터닝하는 도면이다.
도 4는 복수개의 레이어를 한번에 패터닝하는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 레이저 패턴 마스크의 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 레이저 패턴 마스크의 반사율을 실험한 결과이다.
도 7a 내지 7e는 본 발명에 따른 레이저 패턴 마스크의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도이다.
도 3은 레이어를 하나씩 패터닝하는 도면이며, 도 4는 복수개의 레이어를 한번에 패터닝하는 도면이다.
도 3과 같이, 1:3인 광학계를 이용하여 레이저 패턴 마스크(20)에 레이저를 조사하여 복수개의 기판을 갖는 모기판 상의 레이어를 패터닝하면, 상기 모기판이 좌, 우로 이동하며 레이어를 하나씩 패터닝하므로, 스티칭(Stitching) 오차가 발생하고 택트 타임(Tack Time)이 증가하여 수율이 저하되는 문제점이 있다.
따라서, 도 4와 같이, 1:1인 광학계를 이용하여 레이저 패턴 마스크(120)에 레이저를 조사하여 모기판의 전체 레이어를 한번에 패터닝하면 스티칭 오차가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
그런데, 1:3인 광학계를 이용할 때는 레이저 패턴 마스크(20)가 받는 에너지와 상기 레이어가 받는 에너지의 비율이 1/32:1이므로, 상기 레이저 패턴 마스크(20)에 가해지는 레이저의 에너지가 크지 않아 상기 레이저 패턴 마스크(20)가 손상 받지 않지만, 1:1인 광학계를 이용할 때는 레이저 패턴 마스크(120)가 받는 에너지와 상기 레이어가 받는 에너지의 비율이 1/12:1(1:1)이므로, 상기 레이저 패턴 마스크(120)에 가해지는 레이저의 에너지로 인해 상기 레이저 패턴 마스크(120)가 손상 받을 수 있다.
따라서, 본 발명은 베이스 기판상에 반사율이 높은 물질로 레이저 차단 패턴을 형성하고, 상기 레이저 차단 패턴을 포함한 베이스 기판 전면에 보호막을 형성한 레이저 패턴 마스크를 이용하여 모기판의 레이어를 한번에 패터닝하여도 레이저로 인한 상기 레이저 패턴 마스크의 손상을 방지하고, 상기 레이저 차단 패턴이 공기 중의 산소와 반응하는 것을 방지할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 레이저 패턴 마스크를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명에 따른 레이저 패턴 마스크의 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 레이저 패턴 마스크는, 베이스 기판(200)과, 상기 베이스 기판(200) 상에 오픈 영역을 갖도록 형성된 레이저 차단 패턴(230), 그리고 상기 레이저 차단 패턴(230)을 포함한 상기 베이스 기판(200) 상에 형성된 보호막(240)을 포함하여 이루어진다.
상기 베이스 기판(200)은 투과율이 좋은 석영(Quartz)으로 형성한다.
그리고, 상기 레이저 차단 패턴(230)을 레이저 흡수율이 높은 물질로 형성하면 레이저 에너지를 흡수하여 상기 레이저 차단 패턴(230)이 손상 받을 수 있다. 따라서, 상기 레이저 차단 패턴(230)은 불투명 금속물질 중 레이저 반사율이 높은 금속으로 형성하여 레이저로 인한 손상을 줄일 수 있다. 상기 레이저 차단 패턴(230)은 반사율이 높은 금속 물질인 Al, Ag, Au 중 선택된 물질로 형성하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 레이저 차단 패턴(230)은 오픈 영역을 가지며, 상기 오픈 영역은 레이저의 통과 영역에 해당된다.
그런데, 상기 레이저 차단 패턴(230)이 그대로 공기 중에 노출되는 구조를 가지면, 레이저 어블레이션(Laser Ablation) 공정 중 공기 중의 산소와 상기 레이저 차단 패턴(230)의 직접적인 접촉에 의해 열산화 반응이 발생할 수 있다. 그리고, 열산화 또는 열팽창 된 상기 레이저 차단 패턴(230)의 레이저 차단 능력이 저하되고, 상기 레이저 차단 패턴(230)과 상기 베이스 기판(200)의 접착력이 떨어지는 문제점이 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기 레이저 차단 패턴(230)을 포함한 상기 베이스 기판(200) 전면에 보호막(240)을 형성한다.
상기 보호막(240)은, MgF2, SiO2 등과 같은 물질로 형성되어 공기 중의 산소와 상기 레이저 차단 패턴(230)의 반응을 최소화하는 기능을 하며, 모기판 상의 레이어에 가해지는 레이저의 에너지와 동일한 에너지가 상기 레이저 차단 패턴(230)에 가해져도, 상기 레이저 차단 패턴(230)의 손상을 방지한다.
이때, 레이저의 파장에 따라 상기 레이저 차단 패턴(230)의 물질과 상기 보호막(240)의 물질이 달라질 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 레이저 패턴 마스크의 반사율을 실험한 결과이다.
도 6을 참조하면, 레이저의 파장이 250㎚ ~ 700㎚일 때 Al으로 레이저 차단 패턴을 형성하고 MgF2로 보호막을 형성할 때 레이저 패턴 마스크의 반사율이 85% 이상이며, 레이저의 파장이 400㎚ ~10㎛일 때 Al으로 레이저 차단 패턴을 형성하고 SiO2로 보호막을 형성할 때 레이저 패턴 마스크의 반사율은 90% 이상이다. 그리고, 레이저의 파장이 600㎚ ~10㎛일 때 Ag으로 레이저 차단 패턴을 형성하고 SiO2로 보호막을 형성할 때, 레이저 패턴 마스크의 반사율이 95% 이상이다.
따라서, 1:1인 광학계를 이용하여 상기 모기판의 레이어를 한번에 패터닝하여도 상기 레이저 패턴 마스크의 반사율이 높아 상기 레이저 패턴 마스크에 가해지는 에너지를 반사시켜 상기 레이저 패턴 마스크의 손상을 방지할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 레이저 패턴 마스크의 제조 방법을 보다상세히 설명하면 다음과 같다.
도 7a 내지 7e는 본 발명에 따른 레이저 패턴 마스크의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도이다.
먼저, 도 7a와 같이, 베이스 기판(200) 상에 레이저 차단층(230a)을 형성하고, 상기 레이저 차단층(230a) 상에 포토 레지스트(210a)를 도포한다.
이어, 도 7b와 같이, 상기 레이저 차단층(230a)이 레이저의 통과 영역에 해당되는 오픈 영역을 갖도록 상기 포토 레지스트(도 7a의 210a)를 노광 및 현상하여 포토 레지스트 패턴(210)을 형성한다. 그리고, 상기 오픈 영역 내에 잔류하는 포토 레지스트(도 7a의 210a)를 애싱(Ashing) 또는 건식 식각(Dry Etch) 방법으로 제거할 수 있다.
도 7c와 같이, 상기 포토 레지스트 패턴(210)을 마스크로 이용하여 상기 레이저 차단층(도 7b의 230a)을 패터닝하여 레이저 차단 패턴(230)을 형성한다.
이때, 상기 레이저 차단 패턴(230)은 건식 식각 또는 습식 식각(Wet Etch) 방법을 이용하여 형성되며, 습식 식각 방법을 이용하는 것이 바람직하다. 그리고, 도 7d와 같이, 상기 레이저 차단 패턴(230) 상의 상기 포토 레지스트 패턴(도 7c의 210)을 제거한다.
이어, 도 7e와 같이, 상기 레이저 차단 패턴(230)을 포함한 상기 베이스 기판(200) 전면에 보호막(240)을 형성한다.
상기 보호막(240)은 CVD(Chemical Vapor Deposition), 스퍼터법 또는 E-Beam 공정으로 형성할 수 있으며, E-Beam 공정으로 형성하는 것이 바람직하다.
이상과 같이, 본 발명의 레이저 패턴 마스크는, 모기판 상의 전체 레이어를 한번에 패터닝할 때, 레이저 차단 패턴을 포함한 베이스 기판 전면에 형성된 보호막이 레이저로 인한 상기 레이저 패턴 마스크의 손상을 방지하고, 상기 레이저 차단 패턴이 공기 중의 산소와 반응하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 레이저 차단 패턴을 흡수율이 높은 물질로 형성하면, 레이저 에너지를 흡수하여 상기 레이저 차단 패턴이 손상 받을 수 있으므로, 불투명 금속물질 중 반사율이 높은 금속으로 상기 레이저 차단 패턴을 형성하여 레이저로 인한 손상을 줄일 수 있다.
따라서, 본 발명의 레이저 패턴 마스크를 사용하여 평판 표시 장치를 형성할 때, 모기판의 전체 레이어를 한번에 패터닝할 수 있으므로 택트 타임(Tack Time)을 감소시켜 수율을 향상시킬 수 있다.
한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
200: 베이스 기판 230: 레이저 차단 패턴
240: 보호막

Claims (8)

  1. 베이스 기판;
    상기 베이스 기판 상에 불투명 금속물질로 이루어지며, 레이저 통과 영역을 정의하는 레이저 차단 패턴; 및
    상기 레이저 차단 패턴을 포함한 상기 베이스 기판 전면에 형성되는 보호막을 포함하고,
    상기 레이저 차단 패턴은 Ag의 불투명 금속물질로 이루어지고, 상기 보호막은 SiO2로 이루어지며,
    상기 레이저 통과영역에 형성된 보호막과 상기 레이저 차단 패턴 상에 형성된 보호막이 동일 높이로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 패턴 마스크.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 베이스 기판 상에 불투명 금속물질로 이루어지며, 레이저 통과 영역을 정의하는 레이저 차단 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 레이저 차단 패턴을 포함한 상기 베이스 기판 전면에 보호막을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 레이저 차단 패턴은 Ag의 불투명 금속물질로 이루어지고, 상기 보호막은 SiO2로 이루어지며,
    상기 레이저 통과영역에 형성된 보호막과 상기 레이저 차단 패턴 상에 형성된 보호막이 동일 높이로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 패턴 마스크의 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 레이저 차단 패턴을 형성하는 단계는, 상기 베이스 기판 상에 레이저 차단층을 형성하고, 상기 레이저 차단층 상에 포토 레지스트를 도포하는 단계;
    레이저 통과 영역을 갖도록 상기 포토 레지스트를 노광 및 현상하여 포토 레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    상기 레이저 통과 영역 내에 잔류하는 상기 포토 레지스트를 제거하는 단계;
    상기 포토 레지스트 패턴을 이용하여 상기 레이저 차단층을 패터닝하여 레이저 차단 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 포토 레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 패턴 마스크의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 레이저 통과 영역 내에 잔류하는 상기 포토 레지스트를 제거하는 단계는, 애싱(Ashing) 또는 건식 식각(Dry Etch) 방법을 이용하는 것을 특징으로 하는 레이저 패턴 마스크의 제조 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 레이저 차단 패턴을 형성하는 단계는, 습식 식각(Wet Etch) 방법을 이용하는 것을 특징으로 하는 레이저 패턴 마스크의 제조 방법.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 보호막을 형성하는 단계는, CVD, 스퍼터법, E-Beam 공정 중 선택된 공정을 이용하는 것을 특징으로 하는 레이저 패턴 마스크의 제조 방법.
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