KR102474038B1 - 장식 부재용 필름의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 명세서는 장식부재용 필름의 제조방법에 관한 것이다.

Description

장식 부재용 필름의 제조 방법{MANUFACTURING METHOD FOR DECORATION ELEMENT FILM}
본 명세서는 장식 부재용 필름의 제조 방법에 관한 것이다.
제품의 가치를 증가시키기 위해서는 제품의 본래 기능을 향상 시킬 뿐만 아니라, 외관 디자인(색상, 형태 등)에도 고객의 다양한 의견을 반영해야 한다. 화장품 명판이나 핸드폰 케이스 등 여러 제품에 다양한 색상과 질감을 구현할 수 있는 데코레이션 필름을 부착하여 외관을 꾸미고 있다. 데코레이션 필름의 디자인 요소(색상, 색감, 질감 등)는 패턴층, 색상층과 반사층, 칼라필름, 인쇄층의 색상에 의해 조절된다. 이러한 방식 이외에도 색상층을 패턴화함으로써, 데코레이션 필름의 디자인 특징이 조절 가능하다.
일반적인 패터닝 공정은 마스크를 이용하여 노광 공정시 노출되는 포토레지스트(Photoresist)/필름의 영역을 지정하고, 후속 식각(etching) 공정을 통해 포토레지스트/필름을 패턴화한다. 결국 마스크의 크기와 모양에 의해 패턴의 크기, 모양 등이 결정된다. 비전통적인 패터닝 공정 중에 금속 박막을 얇게 증착하고 열처리를 통해 금속 박막을 섬 형태로 전환시켜 이를 마스크로 이용하는 경우도 있다. 이는 박막의 불안정성과 열처리 공정을 이용하여 안정상인 섬 형태로 전환시키는 것인데, 추가의 열처리 공정이 필요하여, 열에 약한 플라스틱 기재에 적용하기 어려운 단점이 있다.
특허문헌 1: 일본 공개특허 제2007-144988호
본 명세서는 장식 부재용 필름의 제조 방법에 관한 것이다.
본 명세서는 필름의 일면에 2 이상의 섬(island)을 증착하는 단계; 및
상기 섬을 마스크로 하여 필름을 건식 식각(Dry etching)하여 패턴부를 형성하는 단계를 포함하는 장식 부재용 필름의 제조방법을 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 장식 부재용 필름의 제조방법에 따르면, 별도의 열처리 공정 없이 섬 마스크를 형성할 수 있다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 장식 부재의 제조방법에 따르면, 별도의 마스크 없이 섬을 마스크로 이용하여 필름을 용이하게 식각할 수 있다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 장식 부재의 제조방법에 따르면, 필름 또는 기재의 손상 없이 필름을 식각할 수 있다.
도 1은 본 명세서의 장식 부재용 필름을 제조하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 2는 알루미늄 산질화물의 식각가스에 대한 반응성 테스트 결과를 나타낸 도면이다.
도 3은 인듐의 식각가스에 대한 반응성 테스트 결과를 나타낸 도면이다.
도 4 내지 도 6은 실시예 1 내지 3의 식각 공정 전후의 필름 표면을 나타낸 도면이다.
도 7 및 도 8은 참고예 1의 증착된 인듐 섬 마스크 형상을 나타낸 도면이다.
도 9 및 도 10은 참고예 2의 증착된 인듐 섬 마스크 형상을 나타낸 도면이다.
도 11은 PMMA의 식각가스에 대한 반응성 테스트 결과를 나타낸 도면이다.
도 12 및 도 13은 실시예 5의 식각 공정 전후의 필름 표면을 나타낸 도면이다.
도 14 및 도 15는 참고예 3의 식각 공정 전후의 필름 표면을 나타낸 도면이다.
본 명세서에 있어서, "또는" 이란 다른 정의가 없는 한, 나열된 것들을 선택적으로 또는 모두 포함하는 경우, 즉 "및/또는"의 의미를 나타낸다.
본 명세서에 있어서, "층"이란 해당 층이 존재하는 면적을 70% 이상 덮고 있는 것을 의미한다. 바람직하게는 75% 이상, 더 바람직하게는 80% 이상 덮고 있는 것을 의미한다.
본 명세서에 있어서, 어떤 층의 "두께"란 해당 층의 하면으로부터 상면까지의 최단거리를 의미한다.
본 명세서에 있어서, 공간적으로 상대적인 용어인 "일면" 및 "타면"은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성 요소와 다른 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "일면"으로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "타면"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "일면"은 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서는 필름의 일면에 2 이상의 섬(island)을 증착하는 단계; 및
상기 섬을 마스크로 하여 필름을 건식 식각(Dry etching)하여 패턴부를 형성하는 단계를 포함하는 장식 부재용 필름의 제조방법을 제공한다.
도 1에 상기 장식 부재용 필름의 제조방법을 나타내었다.
도 1의 (A)에 따르면, 본 명세서의 장식 부재용 필름의 제조방법은 (a) 필름 상에 2 이상의 섬을 증착하는 단계 및 (b) 상기 섬을 마스크로 하여 필름을 건식 식각하여 패턴부를 형성하는 단계를 포함한다.
도 1의 (B)에 따르면, 상기 필름은 타면에 별도의 기재를 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 필름 상에 2 이상의 섬(island)을 증착하는 단계 이전에 기재를 준비하는 단계; 및 상기 기재의 일면에 필름을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 기재는 글래스 기재 또는 플라스틱 기재이다. 상기 플라스틱 기재로는, TAC(triacetyl cellulose) 또는 DAC(diacetyl cellulose) 등과 같은 셀룰로오스 수지; 노르보르넨 유도체 등의 COP(cyclo olefin polymer); PMMA(poly(methyl methacrylate) 등의 아크릴 수지; PC(polycarbonate); PE(polyethylene) 또는 PP(polypropylene) 등의 폴리올레핀; PVA(polyvinyl alcohol); PES(poly ether sulfone); PEEK(polyetheretherketon); PEI(polyetherimide); PEN(polyethylenemaphthatlate); PET(polyethyleneterephtalate) 등의 폴리에스테르; PI(polyimide); PSF(polysulfone); 또는 불소 수지 등을 포함하는 시트 또는 필름이 예시될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 필름을 건식 식각(Dry etching)하여 패턴부를 형성하는 단계는 상기 필름을 식각 하여 필름에 패턴부를 형성하는 단계이다. 필름의 식각된 부분은 오목부로, 필름의 식각되지 않은 부분은 볼록부로 각각 호칭될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 섬의 폭이 10nm 내지 1,000nm이고, 섬의 높이가 5nm 내지 1,000nm; 바람직하게는 섬의 폭이 20nm 내지 800nm이고, 섬의 높이가 10nm 내지 600nm; 더욱 바람직하게는 섬의 폭이 50nm 내지 600nm이고, 섬의 높이가 10nm 내지 200nm이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 섬의 수평 단면적은 800,000 nm2 이하, 80 nm2 이상 800,000 nm2 이하, 바람직하게는 300 nm2 이상 500,000 nm2 이하, 더욱 바람직하게는 1,000 nm2 이상 300,000 nm2 이하일 수 있다. 상기 "수평 단면적"이란, 섬을 상기 필름의 표면 방향과 수평한 방향으로 자른 단면의 면적을 의미할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 섬의 수직 단면적은 800,000 nm2 이하, 100 nm2 이상 800,000 nm2 이하, 바람직하게는 200 nm2 이상 600,000 nm2 이하, 더욱 바람직하게는 300 nm2 이상 300,000 nm2 이하일 수 있다. 상기 "수직 단면적"이란, 섬을 상기 필름의 표면 방향과 수직한 방향으로 자른 단면의 면적을 의미할 수 있다.
섬의 수평 단면적 또는 수직 단면적이 상기 수치 범위를 만족하는 경우, 마스크 섬의 형태 및 분포 조절이 용이하기 때문에 식각 하고자 하는 필름의 식각 수준을 조절 가능하게 하는 효과가 있다. 또한, 상기 수치 범위를 만족하는 경우, 섬이 서로 연결된 필름 형태가 아닌 이격된 섬 형상으로 증착되고, 증착된 각각의 섬들이 서로 연결되지 않고 분리된 형태를 유지할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 섬의 폭, 높이, 섬의 수평 단면적 및 섬의 수직 단면적은 이 기술이 속하는 분야에서 일반적으로 사용되는 방법으로 측정될 수 있다. 예를 들면, 원자 현미경(Atomic Force Microscope: AFM)이나 주사전자 현미경 (Scanning Electron Microscope: SEM) 및 투과전자 현미경 (Transmission Electron Microscope: TEM) 등을 이용하여 측정할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 섬은 인듐(In)을 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 섬은 인듐(In)을 포함하고, 인듐의 원자 함량(atomic percent: at%)은 99% 이상일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 섬은 인듐(In)일 수 있다. 섬의 재료로써 인듐을 사용하는 경우, 마스크가 필름 형태가 아닌 섬 형상으로 증착되고 각각의 섬들이 서로 연결되지 않고 분리된 형태를 유지할 수 있다. 또한, 종래에는 섬 형상의 마스크를 제작하기 위해서, 증착된 필름을 추가로 열처리하여 섬 구조를 형성하였는데, 이 경우 열에 약한 플라스틱 기재나 필름이 손상되는 문제가 발생하였다. 그러나, 본 발명에서는 섬의 재료로 인듐을 사용하는데, 별도의 추가 열처리가 없이도 증착 공정만으로 섬 형상이 용이하게 형성될 수 있다는 장점을 갖는다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 섬(island)을 증착하는 단계는 10 ℃ 내지 100 ℃, 바람직하게는 10℃ 이상 80℃ 이하, 더욱 바람직하게는 10℃ 이상 60℃ 이하의 온도 조건에서 수행될 수 있다. 상기 범위보다 낮은 온도에서 증착할 경우에는 타겟에서 떨어져 나와 필름에 도달한 물질들의 필름에 대한 부착력이 낮아져서 후속 공정시 증착된 필름이 필름에서 분리되는 문제점이 발생할 수 있고, 상기 범위보다 높은 온도에서는 타겟으로부터 나오는 입자들이 필름에 도달했을 높은 이동도를 갖게 되어 섬 형상이 떨어져 있지 않고 연결될 수 있으며, 더 높은 온도에서는 필름에 증착된 재료가 다시 증발되거나 또는 재휘발(re-evaporation)되어 섬의 성장 속도가 저하되는 문제점이 있을 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 필름 상에 2 이상의 섬(island)을 증착하는 단계는 이베퍼레이션(Evaporation) 방법 또는 스퍼터링(sputtering) 방법에 의할 수 있다. 상기 이베퍼레이션 방법이란, 고진공(5x10-5~1x10-7 Torr)의 챔버 내에서 전자빔이나 전기 필라멘트를 이용하여 타겟 재료를 증발 또는 승화시켜 피착물에 증착하는 것이다. 또한, 상기 스퍼터링 방법이란, 아르곤 등의 기체를 진공의 챔버 내에 흘려 보내고, 전압을 인가하여 발생한 플라즈마에 의해 타겟 물질이 피착물에 증착되는 방법이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 이베퍼레이션 방법은 고진공 상태(5x10-5~1x10-7 Torr)에서 텅스텐(W) 또는 몰리브덴(Mo)을 포함하는 증착 보트(evaporation boat) 및 crucible에 위치한 In을 증발 또는 기화가 일어날 때까지 전압을 가하거나 전자빔의 전력을 증가시킨 후, 0.1nm/sec 내지 10nm/sec의 증착 속도 조건 하에서 수행될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 스퍼터링 방법의 공정 조건은 상술한 섬의 폭, 높이, 수직 단면적 및 수평 단면적을 달성하기 위하여 특정 조건을 만족할 수 있다. 특히, 피착물인 필름과 스퍼터 타겟과의 거리에 따라서 인가되는 전력 등의 다른 조건을 다르게 조절할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 스퍼터링 방법은 상기 필름과 스퍼터 타겟과의 최단 거리(d1)가 200mm 이하이고, 0.1 W/cm2 내지 10 W/cm2의 타겟의 단위 면적당 인가되는 전력 조건에서 10 초 내지 1000 초 동안 인가하거나; 바람직하게는 상기 필름과 스퍼터 타겟과의 최단 거리(d1)가 200mm 이하이고, 0.1 W/cm2 내지 5 W/cm2 의 전력을 10 초 내지 900 초 동안 인가하는 것일 수 있다. 상기 전력 조건의 분모 단위 cm2는 스퍼터 타겟의 단위 면적이 1cm2임을 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 상기 필름과 스퍼터 타겟 과의 최단 거리(d1)가 10mm 이상 150mm 이하, 바람직하게는 50mm 이상 120mm 이하일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 필름과 스퍼터 타겟 과의 최단 거리(d2)가 200mm 초과이고, 1 W/cm2 내지 10 W/cm2의 타겟의 단위 면적당 인가되는 전력 조건에서 10초 내지 1200초 동안 전력을 인가하거나, 0.1 W/cm2 내지 10 W/cm2 의 전력을 10 초 내지 1000 초 동안 전력을 인가하거나, 바람직하게는 0.1 W/cm2 내지 5 W/cm2 의 전력을 10 초 내지 900 초 동안 인가하는 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 상기 필름과 스퍼터 타겟 과의 최단 거리(d2)가 250mm 이상 1000mm 이하, 바람직하게는 300mm 이상 900mm 이하일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 스퍼터링 방법은 1 mTorr 내지 100 mTorr, 바람직하게는 1 mTorr 내지 75 mTorr, 더욱 바람직하게는 1 mTorr 내지 50 mTorr일 수 있다. 스퍼터링 시 공정압력이 상기 범위보다 높아지면 챔버 내부에 존재하는 플라즈마 가스 입자가 많아지고 타겟으로부터 방출된 입자들이 플라즈마 가스 입자들과 부딪혀 에너지를 잃게 되므로 섬의 성장 속도가 저하될 수 있다. 반면에 너무 낮은 공정압력이 유지될 경우 플라즈마 가스 입자에 의한 섬 성분 입자의 에너지 손실은 적어지지만, 고에너지를 갖는 입자에 의해 필름 또는 기재가 손상될 수 있다는 단점이 있기 때문에 스퍼터링 공정 조건은 증착 장비의 크기 및 샘플 위치와 타겟의 거리, 타겟의 종류와 가스의 종류 및 유량, 공정시 압력 등 다양한 변수를 조절하여 최적의 공정 조건을 찾아야 한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 스퍼터링 방법은 스퍼터 가스로 아르곤(Ar) 또는 헬륨(He)을 이용하는 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 타겟은 필름 상에 증착하고자 하는 섬의 재료에 따라 다르게 적용할 수 있다. 예를 들어, 섬이 인듐(In)인 경우, 상기 타겟은 RND Korea 사의 Indium target(순도 99.99%)일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 장식부재용 필름을 제조하는 방법은 상기 섬을 마스크로 하여 필름을 건식 식각(Dry etching)하여 패턴부를 형성하는 단계를 포함한다. 건식 식각을 통해 패턴부를 형성하는 경우, 습식 식각을 통해 패턴부를 형성하는 경우에 비하여, 수직 식각이 가능하고, 적은 양의 가스 만을 이용하므로 공정 비용이 적게 들며, 환경 오염의 가능성도 적어진다. 또한, 습식 식각에 비하여 공정 자동화 측면에서 장점이 있으며, 플라즈마의 특성 변화를 이용하여 식각이 종료되는 시점을 쉽게 파악할 수 있다.
본 명세서에 있어서, "건식 식각"은 플라즈마를 이용하는 건식 식각일 수 있다. 상기 "플라즈마"란, 이온화된 가스를 의미하는 것으로써, 원자 및 분자로 이루어진 가스를 전기 등의 에너지를 이용하여 방전시키면, 전자, 이온, 분해된 가스 및 광자 등으로 이루어진 플라즈마가 형성된다. 플라즈마를 이용한 건식 식각에는 이들 이온 및 분해된 가스를 사용하게 된다. 예를 들어, 아르곤(Ar) 가스에 전기 에너지를 이용하여 분해시키면 Ar+ 이온과 부가적인 전자가 생성되면서 플라즈마를 형성하고, CF4와 같은 가스를 방전시키면 CF3 + 및 F 등의 이온과 분해된 가스가 발생한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 건식 식각은 챔버 내에 상기 필름을 투입하고, 식각 가스를 5 sccm 내지 100 sccm의 유량으로 공급하고, 0.5 mTorr 내지 100mTorr 이하의 압력 조건에서, 50W 내지 1,000W의 전력을 인가하는 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 압력 조건은 바람직하게는 1mTorr 이상 90mTorr 이하, 더욱 바람직하게는 1mTorr 이상 80mTorr이하이다. 상기 수치 범위를 만족하는 경우, 안정된 플라즈마가 형성될 수 있는 장점이 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 식각 가스의 유량은 10 sccm 내지 80 sccm, 바람직하게는 10 sccm 내지 50sccm이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전력은 식각 장비의 종류에 따라 달라질 수 있다.
구체적으로, 식각 장비가 RIE 장비인 경우, 상대 전극 쪽은 ground 상태를 유지하고, 기판 전극 쪽에 인가되는 전력은 10W 내지 500 W일 수 있다.
또한, 식각 장비가 RIE-ICP 장비인 경우, 식각하고자 하는 샘플이 놓인 기판 전극 쪽에 인가되는 전력은 10W 내지 500W이고, ICP 쪽에 인가되는 전력은 100W 내지 1000W일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 식각 장비가 RIE-ICP 장비인 경우, 상기 기판 전극 쪽에 인가되는 전력은 10W 내지 400W, 바람직하게는 10W 내지 300W이고,
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 식각 장비가 RIE-ICP 장비인 경우, ICP 쪽에 인가되는 전력은 200W 내지 1000W, 바람직하게는 300W 내지 1000W일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 식각 가스는 각각 독립하여 챔버 내에 주입되거나, 미리 혼합 가스로 형성된 후에 챔버 내에 주입될 수 있다. 상기 챔버 내에 주입되는 식각 가스의 총 유량은 반응 챔버의 용적, 다른 구성의 성능 등에 따라 후술하는 압력 조건 등을 고려하여 적절히 선택될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 식각 가스는 식각되는 필름의 종류에 따라 선택할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 식각 가스는 할로겐 원소 함유 가스, 산화성 가스(O2), 질소 가스 (N2), 수소 가스(H2), 탄화수소 가스 및 불활성 가스로 이루어진 군으로부터 선택된 1 또는 2 이상을 포함한다.
본 명세서에 있어서, 상기 할로겐 원소 함유 가스는 Cl2, CCl4, CCl2F2, CF4, BCl3, NF3, NF5, SF6, F2, C2F6, C3F8, C4F8 또는 CHF3이다.
본 명세서에 있어서, 상기 산화성 가스는 O2, O3, CO, CO2, COCl2, COF2 또는 NO2이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 불활성 가스는 아르곤 가스(Ar), 제논 가스(Xe), 크립톤 가스(Kr) 또는 헬륨 가스(He)이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 탄화수소 가스는 탄소수 1 내지 9의 탄화수소가스일 수 있으며, 예를 들어 메탄(CH4) 가스가 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 식각 가스는 식각하려는 필름의 종류에 따라 선택할 수 있다. 예를 들어, 상기 필름이 알루미늄(Al) 등의 금속인 경우 상기 식각 가스는 BCl3, CCl4, CF4 또는 Cl2 등의 할로겐 원소 함유 가스를 포함하고, 상기 필름이 유기물인 경우, 상기 식각 가스는 CF4 등의 할로겐 원소 함유 가스 또는 산소 가스를 포함하고, 상기 필름이 GaAs, InP, HgCdTe 또는 ZnS 등의 반도체 물질인 경우 상기 식각 가스는 할로겐 원소 함유 가스, 수소 가스 또는 탄화수소가스를 포함하고, 상기 필름이 Si, SiO2, Si3N4 등의 무기물인 경우, 상기 식각 가스는 할로겐 원소 함유 가스일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 건식 식각은 용량 결합형 플라즈마(CCP) 식각, 반응성 이온 식각(RIE), 유도 결합형 플라즈마(ICP) 식각, 전자 사이클로트론 공명(ECR) 플라즈마 식각 또는 마이크로파 식각 방법인 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 건식 식각은 60초 이상 600초 이하, 바람직하게는 60초 이상 500초 이하, 더욱 바람직하게는 60초 이상 300초 이하의 시간 동안 수행될 수 있다. 상기 수치 범위를 만족하는 경우, 식각 효과가 증가하여 필름의 섬마스크가 형성된 영역을 제외한 부분과 섬마스크가 형성된 영역의 차이가 확연히 드러날 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 필름은 금속; 유기물; 또는 무기물이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 금속은 티탄(Ti), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 바나듐(V), 텅스텐(W), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo), 네오디뮴(Nb), 철(Fe), 크롬(Cr) 및 코발트(Co)로 이루어진 군으로부터 선택된 1 또는 2 이상이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물은 트리아세틸셀룰로오스(triacetyl cellulose), 사이클로올레핀중합체(cyclo olefin copolymer), 폴리메틸메타크릴레이트(poly(methyl methacrylate), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol), 디아세틸셀룰로오스(diacetyl cellulose), 폴리아크릴레이트(Polyacrylate), 폴리에테르설폰(poly ether sulfone), 폴리에테르에터케톤(polyetheretherketon), 폴리페닐설폰(polyphenylsulfone), 폴리에터이미드(polyetherimide); PEN(polyethylenemaphthatlate); PET(polyethyleneterephtalate); PI(polyimide); PSF(polysulfone); PAR(polyarylate) 및 비정질 불소 수지이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 무기물은 인듐(In), 티탄(Ti), 주석(Sn), 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni), 바나듐(V), 텅스텐(W), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo), 네오디뮴(Nb), 철(Fe), 크롬(Cr), 코발트(Co), 및 은(Ag) 중 어느 하나의 질화물; 이의 산화물; 이의 산질화물; 또는 GaAs, AlAs, AlGaAs, GaP, InP, InAs, InGaAs, InSb, CdSe, CdTe, CdS, ZnSe, ZnS, ZnO, GaN, AlGaN, InAlN, HgCdTe 및 graphene로 이루어진 군으부터 선택된 1 이상이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 기재의 일면에 필름을 형성하는 방법은 특별히 제한되지는 않는다. 예를 들면, 상기 필름이 금속 또는 유기물인 경우, 스퍼터링 방법에 의할 수 있고, 유기물인 경우 스핀 코팅 방법에 의할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 필름의 두께는 1nm 내지 500nm, 바람직하게는 5nm 내지 100nm 더욱 바람직하게는 5nm 내지 50nm일 수 있다.
이하 실시예를 통하여 본 명세서를 구체적으로 설명하지만, 본 명세서의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
제조예 1: 타면에 기재가 구비된 무기물 필름 준비
글래스 기재에 알루미늄산질화물 필름(AlON)을 형성하였다.
구체적으로, 필름을 형성하기 위해 인라인 스퍼터(In-line Sputter)장비에 알루미늄(Al) 타겟을 장착하고, 아르곤(Ar) 가스 80 sccm 과 질소(N2) 가스 14 sccm를 챔버 내에 주입하고, 챔버 내 압력은 3mTorr 를 유지하였고, 2.1 kW의 전압을 가하여 240초간 증착을 수행하였다.
제조예 2: 타면에 기재가 구비된 유기물 필름 준비
실리콘(Si) 기재에 유기물 필름(폴리메틸메타크릴레이트, PMMA)을 형성하였다.
구체적으로, 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA, poly methylmethacrylate)를 톨루엔 용매에 2wt%(weight %)로 녹인 용액을 실리콘(Si) 기재 상에 1000rpm의 회전속도로 1분간 스핀 코팅하고, 30 분간 오븐에서 건조하여 유기물 필름을 형성하였다.
실시예 1 내지 3, 참고예 1 및 2
제조예 1에 따른 글래스 기재가 구비된 알루미늄산질화물 필름에 대하여 식각 조건을 달리하여 실험하였다.
<식각 가스에 대한 증착 물질의 반응성 테스트>
알루미늄 산질화물을 식각 가스로 식각할 때, 인듐이 마스크로 사용될 수 있는 것을 확인하였다. 구체적으로, 식각 가스 SF6에 대한 알루미늄 산질화물(AlON) 및 인듐(In)의 반응성을 각각 테스트하였다.
1) 알루미늄 산질화물
알루미늄 산질화물의 식각 가스(SF6)에 대한 반응성을 테스트하기 위하여, 인라인 스퍼터(In-line Sputter)장비에 알루미늄(Al) 타겟을 장착하고, 아르곤(Ar) 가스 80sccm 과 질소(N2) 가스 14sccm를 챔버 내에 주입하고, 챔버 내 압력은 3mTorr 를 유지하였고, 1.86W/cm2의 전력을 가하여 80초간 증착을 수행하였다.
이후, 식각 가스(SF6)를 이용하여 알루미늄산질화물에 대한 건식 식각 공정을 수행하였다. 구체적으로, RIE-ICP 장비를 이용하여, 챔버 내에 SF6 가스를 20 sccm의 유량으로 주입하고, 5mTorr의 압력 하에서 RF 방식으로 100W의 전력을 샘플 쪽에 인가하고, ICP 쪽에 800W의 전력을 인가하여 120초간 식각 공정을 수행하였다. 공정 수행 중에 헬륨 가스(He)를 샘플 쪽에 가하여 냉각하였다.
알루미늄 산질화물이 식각된 결과를 도 2에 나타내었다. 도 2를 참고하면, 샘플 고정을 위해 사용된 빨간색 점선으로 이루어진 영역을 제외한 부분의 알루미늄 산질화물이 식각된 것을 확인할 수 있다. 이를 통해, 알루미늄 산질화물(AlON)은 식각 가스(SF6)에 대한 반응성이 우수한 것을 확인할 수 있었다.
2) 인듐
인듐의 식각 가스(SF6)에 대한 반응성을 테스트하기 위하여, 인라인 스퍼터(In-line Sputter)장비에 인듐(Al) 타겟을 장착하고, 아르곤(Ar) 가스 50sccm를 챔버 내에 주입하고, 챔버 내 압력은 2mTorr 를 유지하였고, 1.48W/cm2의 전력을 가하여 100초간 증착을 수행하였다.
이후, 식각 가스(SF6)를 이용하여 건식 식각 공정을 수행하였으며, 그 결과를 도 3에 나타내었다. 구체적인 공정 조건은 위 알루미늄 산질화물의 식각 공정과 동일하였다. 도 3을 참고하면, 인듐은 거의 식각되지 않은 것을 확인할 수 있었다. 이를 통해, 인듐은 SF6에 대한 반응성이 적으므로, 식각 가스로 SF6을 사용할 때, 마스크로 사용하기에 적합한 재료라는 것을 확인하였다.
<실시예 1>
제조예 1에 따른 기재/필름 적층체에 인듐 섬마스크를 형성하기 위하여, 인라인 스퍼터 장비에 인듐 타겟을 장착하고 아르곤(Ar)을 50 sccm의 유량으로 챔버 내에 주입하고, 2mTorr의 압력 조건에서 0.37 W/cm2의 전압을 인가하여 100초간 증착 공정을 수행하였다. 이때, 챔버 내의 인듐 타겟과 박막과의 거리는 80mm이었다.
이후, RIE-ICP Etcher II를 이용하여, 필름을 식각하였다. 챔버 상부의 원형 안테나에 800W의 전력이 인가하여 ICP를 구성하고, 기판 측에 100W의 전력이 인가되었다.
이때, SF6 가스를 20 sccm의 유량으로 주입하여 식각을 2분간 진행하였으며, 식각 공정 중 기판 쪽은 헬륨 가스를 주입하여 냉각시켰다.
<실시예 2>
인듐 섬마스크를 형성할 때 전력을 0.74 W/cm2로 변경한 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 필름을 식각하였다.
<실시예 3>
인듐 섬마스크를 형성할 때 전력을 1.48 W/cm2로 변경한 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 필름을 식각하였다.
실시예 1 내지 3의 식각 공정(Dry Etching) 전후의 필름의 표면 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope: SEM)을 각각 도 4 내지 도 6에 나타내었다.
또한, 실시예 1 내지 3의 식각 공전 전의 필름의 섬 구조 형상의 폭 및 높이를 AFM으로 측정하여 표 1에 정리하였다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3
폭(nm) 33.2~68.4 64.5~97.7 205.1~224.6
높이(nm) 3.3~8.3 13.6~18.9 55.0~64.9
<참고예 1>
인듐 타겟과 박막 과의 거리를 400mm의 거리로 조절한 batch type의 챔버를 이용하여, 5mTorr의 압력 조건에서 3.1W/cm2의 바이어스 전력을 인가하여 1500초 동안 인듐을 증착한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다. 이때, 인듐 섬 마스크의 높이는 1,500nm이었으며, 증착된 인듐 섬 마스크의 형상을 도 7 및 도 8에 나타내었다.
<참고예 2>
1800초 동안 인듐을 증착한 것을 제외하고는 참고예 1과 동일한 방법으로 제조하였다. 이때, 인듐 섬 마스크의 높이는 2,000nm이었으며, 증착된 인듐 섬 마스크의 형상을 도 9 및 도 10에 나타내었다.
상기 결과로부터, 실시예 1 내지 3의 경우, 인듐 섬 마스크가 서로 분리된 섬 형태로 존재하여, 식각 공정시 마스크로 작용하여 필름이 효과적으로 식각되는 것을 확인할 수 있었다. 반면에, 참고예 1 및 2의 경우, 인듐 섬마스크의 두께가 너무 높고 서로 연결된 구조를 가지므로, 필름이 잘 식각되지 않는 것을 확인할 수 있다.
<실시예 4: 유기물 필름의 식각>
<식각 가스에 대한 증착 물질의 반응성 테스트>
식각 가스 O2에 대한 유기물(폴리메틸메타크릴레이트, PMMA)의 반응성을 테스트하였다.
제조예 2에 따른 필름 적층체에 대하여 식각 가스(O2)를 이용하여 건식 식각 공정을 수행하였다. 구체적으로, RIE-ICP 장비를 이용하여, 챔버 내에 O2 가스를 20 sccm의 유량으로 주입하고, RF 방식으로 100W의 전력을 인가하여 60초간 식각 공정을 수행하였다.
유기물이 식각된 결과를 도 11에 나타내었다. 도 11을 참고하면, 샘플 고정을 위해 사용된 빨간색 점선으로 이루어진 영역을 제외한 부분의 유기물이 식각된 것을 확인할 수 있다. 이를 통해, 유기물(PMMA)은 식각 가스(O2)에 대한 반응성이 우수한 것을 확인할 수 있었다.
제조예 2에 따른 실리콘 기재가 구비된 유기물 필름에 인듐 섬마스크를 형성하기 위하여, 인라인 스퍼터 공정을 이용하였으며, 가스로서 아르곤을 50 sccm의 유량으로 챔버 내에 주입하고, 2mTorr의 압력 하에서 0.74W/cm2의 전력을 가하여 100초간 수행하였다.
이후, RIE 장비를 이용하여, 필름을 식각 하였다. 이때, 챔버가 10mTorr의 진공 상태에 도달하면 챔버 내에 O2 가스를 20 sccm의 유량으로 주입한 환경에서 기판 측에 RF 타입으로 200W를 인가하여 식각 공정을 60초간 수행하였다.
<실시예 5: 실리콘 필름의 식각>
실리콘(Si) 필름에 인듐 섬마스크를 형성하기 위하여, 인라인 스퍼터 장비에 인듐 타겟을 장착하고 아르곤(Ar)을 50 sccm의 유량으로 챔버 내에 주입하고, 2mTorr의 압력 조건에서 1.5 W/cm2의 전압을 인가하여 100초간 증착 공정을 수행하였다. 이때, 챔버 내의 인듐 타겟과 박막과의 거리는 80mm이었다.
이후, RIE-ICP Etcher II를 이용하여, 필름을 식각하였다. 챔버 상부의 원형 안테나에 RF 타입으로 800W로 인가되어 ICP를 구성하고, 기판 측에 100W가 인가되었다.
이때, SF6 가스를 20 sccm의 유량으로 주입하고 압력은 5mTorr 환경 하에서 식각을 120초간 진행하였으며, 식각 공정 중 기판 쪽은 헬륨 가스를 이용하여 냉각시켰다.
실시예 5의 식각 공정 전후의 필름의 표면 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope: SEM)을 각각 도 12 및 도 13에 나타내었다.
상기 결과로부터, 식각 가스에 노출된 실리콘 필름이 식각되고, 식각 가스에 노출되지 않은 실리콘 필름은 식각되지 않는 것을 확인할 수 있었다.
참고예 3
실리콘(Si) 필름에 인듐 섬마스크를 형성하기 위하여, 인라인 스퍼터 장비에 인듐 타겟을 장착하고 아르곤(Ar)을 50 sccm의 유량으로 챔버 내에 주입하고, 2mTorr의 압력 조건에서 3 W/cm2의 전압을 인가하여 1000초간 증착 공정을 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 5와 동일한 방법으로 수행하였다.
참고예 3의 식각 공정 전후의 필름의 표면 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope: SEM)을 각각 도 14 및 도 15에 나타내었다.
상기 결과로부터, 인듐 섬의 형상 및 크기가 일정하지 않으므로, 식각 공정이 균일하게 이루어지지 않은 것을 확인할 수 있었다.

Claims (15)

  1. 필름의 일면에 2 이상의 섬(island)을 증착하는 단계; 및
    상기 섬을 마스크로 하여 필름을 건식 식각(Dry etching)하여 패턴부를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 섬은 인듐(In)을 포함하며,
    상기 필름 상에 2 이상의 섬(island)을 증착하는 단계는 10℃ 내지 100℃의 온도조건에서 수행되어 추가 열처리 단계 없이 섬형상을 증착하는 장식 부재용 필름의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 섬의 폭이 10nm 내지 1,000nm이고, 섬의 높이가 5nm 내지 1,000nm인 것인 장식 부재용 필름의 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 섬의 수평 단면적은 800,000 nm2이하인 것인 장식 부재용 필름의 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 섬의 수직 단면적은 800,000 nm2 이하인 것인 장식 부재용 필름의 제조방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 필름 상에 2 이상의 섬(island)을 증착하는 단계는 이베퍼레이션(Evaporation) 방법 또는 스퍼터링(sputtering) 방법에 의한 것인 장식 부재용 필름의 제조방법.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 스퍼터링 방법은 상기 필름과 스퍼터 타겟 과의 최단 거리(d1)가 200mm 이하이고, 0.1 W/cm2 내지 10 W/cm2의 타겟의 단위 면적당 인가되는 전력 조건에서 10 초 내지 1000 초 동안 전력을 인가하는 것인 장식 부재용 필름의 제조방법.
  9. 청구항 7에 있어서, 상기 스퍼터링 방법은 상기 필름과 스퍼터 타겟 과의 최단 거리(d2)가 200mm 초과이고, 1 W/cm2 내지 10 W/cm2의 타겟의 단위 면적당 인가되는 전력 조건에서 10초 내지 1200초 동안 전력을 인가하는 것인 장식 부재용 필름의 제조방법.
  10. 청구항 7에 있어서, 상기 스퍼터링 방법은 스퍼터 가스로 아르곤(Ar) 또는 헬륨(He)을 이용하는 것인 장식 부재용 필름의 제조방법.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 건식 식각은 챔버 내에 상기 필름을 투입하고, 식각 가스를 5 sccm 내지 100 sccm의 유량으로 공급하고, 0.5 mTorr 내지 100mTorr 이하의 압력 조건에서, 50W 내지 1,000W의 전력을 인가하는 것인 장식 부재용 필름의 제조방법.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 건식 식각은 용량 결합형 플라즈마(CCP) 식각, 반응성 이온 식각(RIE), 유도 결합형 플라즈마(ICP) 식각, 전자 사이클로트론 공명(ECR) 플라즈마 식각 방법 또는 마이크로파 식각 방법인 것인 장식 부재용 필름의 제조방법.
  13. 청구항 1에 있어서, 상기 필름은 금속; 유기물; 또는 무기물인 것인 장식 부재용 필름의 제조방법.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 금속은 티탄(Ti), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 바나듐(V), 텅스텐(W), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo), 네오디뮴(Nb), 철(Fe), 크롬(Cr) 및 코발트(Co)로 이루어진 군으로부터 선택된 1 또는 2 이상인 것인 장식 부재용 필름의 제조방법.
  15. 청구항 13에 있어서, 상기 무기물은 인듐(In), 티탄(Ti), 주석(Sn), 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni), 바나듐(V), 텅스텐(W), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo), 네오디뮴(Nb), 철(Fe), 크롬(Cr), 코발트(Co), 및 은(Ag) 중 어느 하나의 질화물; 이의 산화물; 이의 산질화물; 또는 GaAs, AlAs, AlGaAs, GaP, InP, InAs, InGaAs, InSb, CdSe, CdTe, CdS, ZnSe, ZnS, ZnO, GaN, AlGaN, InAlN, HgCdTe 및 graphene으로 이루어진 군으로부터 선택된 1 이상인 것인 장식 부재용 필름의 제조방법.
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