KR20130106677A - 포토마스크 제조방법 - Google Patents

포토마스크 제조방법 Download PDF

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KR20130106677A
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양민양
강봉철
윤진호
이후승
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한국과학기술원
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Abstract

포토마스크 제조방법에서 베이스 기판 상에 유기금속화합물 잉크를 코팅하여 용액층을 형성한다. 상기 용액층이 형성된 베이스 기판을 열처리하여, 상기 용액층에 미세입자를 자가 생성시킨다. 상기 용액층에 레이저를 조사하여 금속패턴을 형성한다. 상기 금속패턴이 형성된 용액층을 세정한다. 상기 금속패턴을 열처리한다. 상기 금속패턴을 보호부로 커버한다. 이와 같이, 간단한 공정으로 포토마스크 제조의 생산성을 향상시킬 수 있다.

Description

포토마스크 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING A PHOTO MASK}
본 발명은 포토마스크 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 포토리소그래피(photolithography)용으로 사용되는 포토마스크의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 포토마스크(photomask)는 포토리소그래피(photolithography) 공정에서 소정의 패턴을 형성하기 위해 사용되는 마스크로, 미세한 선폭 구현이 가능하고 유연한 공정으로 생산성을 향상시킬 수 있는 포토리소그래피 공정은 현재까지는 물론 향후에도 주요한 패턴 형성 공정으로 활용될 것으로 예상되므로, 이러한 측면에서 상기 포토리소그래피 공정에 사용되는 포토마스크의 생산도 중요한 이슈가 되고 있다.
상기 포토마스크 역시 포토리소그래피 공정으로 제작되는데, 상기 포토리소그래피 공정에서는 베이스 기판에 금속을 증착하는 공정, 상기 금속이 증착된 베이스 기판을 세정하는 공정, 감광액(photoresist)을 도포하는 공정, 상기 감광액을 노광(exposing)하는 공정, 상기 노광된 감광액을 현상(developing)하는 공정, 상기 금속층을 식각(etching)하는 공정, 상기 감광액을 제거(stripping)하는 공정, 상기 베이스 기판에 형성된 금속 패턴을 세정(cleanning)하는 등의 후처리 공정 등을 포함한다.
그런데, 상기와 같은 포토마스크 형성을 위한 포토리소그래피 공정에서는 상기 설명한 바와 같은 많은 공정단계가 필요하며, 상기 공정의 대부분이 진공 상태에서 고가의 생산 장비를 사용하여 진행되므로 생산원가가 증가하는 문제점이 있으며, 사용되는 감광액 등의 화학물질에서 발생하는 유해한 물질을 처리해야 하는 문제점이 있다.
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 생산성이 향상되고 친환경적인 포토마스크 제조방법에 관한 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 포토마스크 제조방법에서 베이스 기판 상에 유기금속화합물 잉크를 코팅하여 용액층을 형성한다. 상기 용액층이 형성된 베이스 기판을 열처리하여, 상기 용액층에 미세입자를 자가 생성시킨다. 상기 용액층에 레이저를 조사하여 금속패턴을 형성한다. 상기 금속패턴이 형성된 용액층을 세정한다. 상기 금속패턴을 열처리한다. 상기 금속패턴을 보호부로 커버한다.
일 실시예에서, 상기 유기금속화합물 잉크를 코팅하는 방법은 슬롯다이(slot die) 코팅, 롤(roll) 코팅, 블레이드(blade) 코팅, 스핀(sping) 코팅, 스프레이(spray) 코팅, 잉크젯(inkjet) 코팅 중 어느 하나일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 자가 생성되는 미세입자의 크기는 10nm이하 일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 베이스 기판을 열처리하는 단계에서는, 상기 미세입자들이 서로 결합하여 금속막을 형성하기 전까지 열을 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 베이스 기판을 열처리하는 단계는, 열원(heat source), 히팅 오븐(heating oven), 마이크로웨이브 오븐(microwave oven), 광원(light lamp) 중 어느 하나를 이용하여 열을 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 금속패턴을 형성하는 단계에서, 상기 레이저가 조사된 용액층의 미세 입자들은 소결되어 금속막으로 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 세정하는 단계에서, 상기 레이저가 조사되지 않은 용액층은 제거될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 금속패턴을 열처리하는 단계는, 열원(heat source), 히팅 오븐(heating oven), 마이크로웨이브 오븐(microwave oven), 광원(light lamp) 중 어느 하나를 이용하여 상기 금속패턴으로 열을 제공하여 상기 금속패턴 내부의 유기물을 증발시킬 수 있다.
일 실시예에서, 상기 보호부는 높은 투과도를 갖는 고분자 계열의 폴리머 필름 또는 이산화규소(SiO2)를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 기존 생산 공정과 비교하여, 가열에 의해 미세입자가 자가 생성되는 유기금속화합물 잉크를 이용하여 포토마스크를 제조함으로써, 고가의 진공장비를 사용하지 않고, 대기상태에서 생산할 수 있으므로 포토마스크의 생산성을 향상시킬 수 있고, 생산 원가를 줄일 수 있다.
도 1a 내지 도 1h는 본 발명의 일 실시예에 의한 포토마스크의 제조공정을 나타낸 공정도들이다.
도 2는 도 1c에서 미세입자의 자가생성 빈도를 나타낸 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1a 내지 도 1h는 본 발명의 일 실시예에 의한 포토마스크의 제조공정을 나타낸 공정도들이다.
도 1a를 참조하면, 본 실시예에 의한 포토마스크의 제조에서는 우선 베이스 기판(10)을 세정유닛(15)을 이용하여 세정(cleaning)한다. 상기 베이스 기판(10)으로는 예를 들어, 소다라임글래스(soda-lime glass), 석영(quartz) 등과 같이 투과도가 우수한 재질을 포함할 수 있다. 한편, 상기 베이스 기판(10)을 세정하는 방법으로는, 상기 베이스 기판(10)을 세척액에 담근 상태에서 초음파 진동을 가하거나, 상기 베이스 기판에 상기 세정유닛(15)을 이용하여 세정액과 같은 액체, 질소가스와 같은 가스를 분사하는 방법 등이 사용될 수 있다.
도 1b를 참조하면, 상기 세정된 베이스 기판(10)에 유기금속화합물 잉크를 코팅하여 용액층(20)을 형성한다. 본 실시예에서 상기 베이스 기판(10)에 코팅되는 유기금속화합물 잉크는 실온에서 잉크(ink)와 같은 투명한 액체 상태로 존재하며, 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 등과 같은 금속의 이온과 유기물이 서로 결합되어 형성된다. 상기 유기금속화합물 잉크는 고체상태의 금속이온이 존재하지 않으므로 대기상태에서는 투명하지만, 외부에서 열이 가해지는 등의 조건에서는 서로 결합된 금속 이온과 유기물의 결합이 끊어져 환원되면서 고체상태의 미세한 금속입자로 석출된다. 본 실시예에서는 이러한 성질의 유기금속화합물 잉크를 이용하여 포토마스크를 제조하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유기금속화합물 잉크에 포함될 수 있는 금속으로는 상기 설명된 금, 은, 구리 외에도 금속과 유기물이 결합하여 잉크와 같은 액체 상태로 존재할 수 있는 모든 금속을 포함할 수 있다.
상기 유기금속화합물 잉크를 상기 베이스 기판(10) 상에 코팅하는 방법으로는, 슬롯다이(slot die) 코팅, 롤(roll) 코팅, 블레이드(blade) 코팅, 스핀(sping) 코팅, 스프레이(spray) 코팅, 잉크젯(inkjet) 코팅 등이 가능하다.
도 1c를 참조하면, 상기 용액층(20)이 형성된 베이스 기판(10)을 열처리(pre-baking)한다. 이 경우, 상기 열처리의 방법으로 도 1c에 도시된 바와 같이, 상기 베이스 기판(10)의 하부에 열원(heat source, 30)을 배치하고, 상기 베이스 기판(10)을 향하여 열을 공급할 수 있다. 이와 달리, 도시하지는 않았으나 상기 용액층(20)이 형성된 베이스 기판(10)에 열을 공급하는 방법은 열원(heat source)을 상기 베이스 기판(10)에 인접한 곳에 배치시켜 상기 용액층(20)에 열을 제공하거나, 상기 용액층(20)이 형성된 베이스 기판(10)을 히팅 오븐(heating oven), 마이크로웨이브 오븐(microwave oven) 등의 열처리 챔버 내부에 배치시켜 열을 가하거나, 상기 베이스 기판(10)의 상부 또는 하부에서 광원(light lamp)을 비추어 열을 가하는 등의 방법이 다양하게 사용될 수 있다.
이와 같이, 상기 용액층(20)에 열이 공급되면, 상기 유기금속화합물 잉크가 코팅된 상기 용액층(20) 내부에서는 미세입자(25)가 자가생성하기 시작한다. 이 경우, 미세입자의 자가생성이란, 유기금속화합물 내의 서로 결합된 금속 이온과 유기물의 결합이 끊어져 환원되면서 고체상태의 미세한 금속입자로 석출되는 것을 의미한다. 이러한 미세입자의 자가생성은 외부에서 가해지는 온도가 상승함에 따라 증가하게 되고, 생성된 미세입자(25)들은 서로 결합을 시작하며 금속막으로 형성된다.
한편, 본 실시예에서 상기 미세입자(25)들이 서로 결합하여 금속막으로 형성되기 시작하면 후술할 레이저 조사를 통한 패턴 형성이 어려워지므로, 상기 열원(30)을 통해 상기 용액층(20)에 공급되는 열의 온도는 상기 미세입자(25)들이 서로 결합을 시작하여 금속막이 형성되지 않도록 제한되어야 한다. 즉, 상기 용액층(20)에 공급되는 열의 온도는, 상기 유기금속화합물에서 미세입자(25)가 생성하기 시작하는 최소의 온도보다 크고 상기 미세입자(25)가 서로 결합하기 시작하는 최소의 온도보다 작은 것이 바람직하다.
도 1d를 참조하면, 상기 미세입자(25)가 자가 생성된 상기 용액층(20) 상에 레이저(36)를 조사한다. 구체적으로, 상기 레이저(36)는 레이저 발생기(35)에서 발생되며 스캐너(32)를 통해 특정 패턴을 상기 용액층(20) 상에 형성하면서 조사된다. 이 경우, 상기 레이저(36)가 조사된 용액층(20)에서는 광열화학반응이 발생하여, 상기 자가 생성된 미세입자(25)들이 서로 소결하여 미세 금속막을 형성하게 된다. 즉, 상기 레이저(26)가 조사된 용액층(20)은 후술할 세정 공정 등을 통해 제거되지 않으며 상기 베이스 기판(10) 상에 잔류하게 된다.
도 1e를 참조하면, 상기 레이저(36)를 상기 용액층(20) 상으로 조사하게 되면, 상기 레이저(36)가 조사된 부분에는 상기 미세입자(25)들이 서로 소결하여 미세 금속막을 형성하며, 소정의 금속패턴(21)을 형성하게 된다.
이와 같이, 상기 레이저(36)가 조사된 용액층(20)은 잔류하게 되며 상기 레이저(36)가 조사되지 않은 부분으로 광이 투과하게 되므로, 본 실시예를 통해 제조된 포토마스크를 통해 형성하고자 하는 패턴의 역상으로 상기 레이저(36)를 조사하여 패턴을 형성한다.
도 1f를 참조하면, 상기 레이저(36)가 조사된 상기 용액층(20)을 세정(washing)한다. 그리하여, 상기 레이저(36)가 조사되지 않아 미세 금속막이 형성되지 않은 부분, 즉 포토마스크로 형성된 이후 광이 투과되는 부분의 용액층을 제거한다. 그리하여, 상기 용액층(20)은 소정의 패턴을 갖는 금속패턴(21)으로 형성되며, 상기 레이저(36)가 조사되지 않은 부분에 코팅되어 있던 유기금속화합물은 모두 제거된다.
또한, 상기 세정유닛(15)을 통해 상기 베이스 기판(10) 및 상기 용액층(20)을 모두 세정함으로써, 상기 베이스 기판(10) 또는 상기 용액층(20) 상에 형성된 이물질을 모두 제거할 수 있다.
도 1g를 참조하면, 상기 베이스 기판(10) 및 상기 베이스 기판(10) 상에 상기 금속패턴(21)을 열처리한다. 이 경우에도, 상기 열처리의 방법으로 도 1g에 도시된 바와 같이, 상기 베이스 기판(10)의 하부에 열원(heat source, 30)을 배치하고, 상기 베이스 기판(10)을 향하여 열을 공급할 수 있다. 이와 달리, 도시하지는 않았으나 상기 금속패턴(21)이 형성된 베이스 기판(10)에 열을 공급하는 방법은 열원(heat source)을 상기 베이스 기판(10)에 인접한 곳에 배치시켜 상기 금속패턴(21)에 열을 제공하거나, 상기 금속패턴(21)이 형성된 베이스 기판(10)을 히팅 오븐(heating oven), 마이크로웨이브 오븐(microwave oven) 등의 열처리 챔버 내부에 배치시켜 열을 가하거나, 상기 베이스 기판(10)의 상부 또는 하부에서 광원(light lamp)을 비추어 열을 가하는 등의 방법이 다양하게 사용될 수 있다.
이와 같이, 상기 열원(30)을 통해 열을 공급함으로써, 상기 금속패턴(21) 내부에 존재하는 유기물을 증발시키고, 상기 금속패턴(21) 내부의 미세 금속막의 밀도를 증가시켜 집적시킨다.
도 1h를 참조하면, 상기 금속패턴(21)을 보호부(40)로 커버한다. 상기 보호부(40)는 도시한 바와 같이 상기 금속패턴(21)을 모두 커버하고, 상기 베이스 기판(40)의 일부까지 커버할 수 있으며, 이와 달리 상기 베이스 기판(40)까지도 모두 커버할 수 있다.
상기 보호부(40)는 예를 들어, 높은 투과도를 갖는 고분자 계열의 폴리머 필름(polymer film)의 펠리클(pellicle)로 형성될 수 있으며, 이산화규소(SiO2)를 포함할 수도 있다. 상기 보호부(40)는 투명도가 우수하고 경한 재료로 형성되어 상기 포토마스크의 보호 수명을 향상시킬 수 있으며, 대기 중의 산소나 수분 등으로 인한 산화를 방지할 수 있다. 한편, 상기 보호부(40)는 수백nm 정도의 얇은 박막으로 형성될 수 있다.
도 2는 도 1c에서 미세입자의 자가생성 빈도를 나타낸 그래프이다. 구체적으로, 도 2는 상기 도 1c에서 설명한 바와 같이, 상기 용액층(20)에 열을 가하는 경우, 유기금속화합물 잉크로 형성된 상기 용액층(20) 내부에서 미세입자(25)가 자가 생성하는 경우, 상기 미세입자(25)의 자가생성 빈도를 나타낸 그래프이다.
도 2를 참조하면, 상기 열원(30)을 통해 열을 가하여 상기 제공되는 열의 온도가 상기 용액층(20)에서 미세 입자(25)가 생성되기 시작하여 상기 미세 입자(25)들 사이의 소결이 발생하기 전까지의 범위인 경우, 유기금속화합물 잉크가 코팅된 상기 용액층(20) 내부에는 직경이 10nm 이하인 미세입자(25)가 대부분, 약 80% 이상을 차지하게 된다. 특히, 상기 용액층(20) 내부에 생성되는 미세입자(25)들의 대부분의 직경은 2-3nm임을 확인할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 기존 생산 공정과 비교하여, 가열에 의해 미세입자가 자가 생성되는 유기금속화합물 잉크를 이용하여 포토마스크를 제조함으로써, 고가의 진공장비를 사용하지 않고, 대기상태에서 생산할 수 있으므로 포토마스크의 생산성을 향상시킬 수 있고, 생산 원가를 줄일 수 있다.
본 발명에 따른 포토마스크 제조방법은 미세 패턴을 형성하는 포토리소그래피 공정에 사용될 수 있는 산업상 이용가능성을 갖는다.
10 : 베이스 기판 20 : 용액층
21 : 금속패턴 25 : 미세입자
30 : 열원(heat source) 40 : 보호부

Claims (9)

  1. 베이스 기판 상에 유기금속화합물 잉크를 코팅하여 용액층을 형성하는 단계;
    상기 용액층이 형성된 베이스 기판을 열처리하여, 상기 용액층에 미세입자를 자가 생성시키는 단계;
    상기 용액층에 레이저를 조사하여 금속패턴을 형성하는 단계;
    상기 금속패턴이 형성된 용액층을 세정하는 단계;
    상기 금속패턴을 열처리하는 단계; 및
    상기 금속패턴을 보호부로 커버하는 단계를 포함하는 포토마스크 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유기금속화합물 잉크를 코팅하는 방법은 슬롯다이(slot die) 코팅, 롤(roll) 코팅, 블레이드(blade) 코팅, 스핀(sping) 코팅, 스프레이(spray) 코팅, 잉크젯(inkjet) 코팅 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 포토마스크 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 자가 생성되는 미세입자의 크기는 10nm이하인 것을 특징으로 하는 포토마스크 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 베이스 기판을 열처리하는 단계에서는, 상기 미세입자들이 서로 결합하여 금속막을 형성하기 전까지 열처리하는 것을 특징으로 하는 포토마스크 제조방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 베이스 기판을 열처리하는 단계는, 열원(heat source), 히팅 오븐(heating oven), 마이크로웨이브 오븐(microwave oven), 광원(light lamp) 중 어느 하나를 이용하여 열을 제공하는 것을 특징으로 하는 포토마스크 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 금속패턴을 형성하는 단계에서, 상기 레이저가 조사된 용액층의 미세 입자들은 소결되어 금속막으로 형성되는 것을 특징으로 하는 포토마스크 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 세정하는 단계에서, 상기 레이저가 조사되지 않은 용액층은 제거되는 것을 특징으로 하는 포토마스크 제조방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 금속패턴을 열처리하는 단계는, 열원(heat source), 히팅 오븐(heating oven), 마이크로웨이브 오븐(microwave oven), 광원(light lamp) 중 어느 하나를 이용하여 상기 금속패턴으로 열을 제공하여 상기 금속패턴 내부의 유기물을 증발시키는 것을 특징으로 하는 포토마스크 제조방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 보호부는 높은 투과도를 갖는 고분자 계열의 폴리머 필름 또는 이산화규소(SiO2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크 제조방법.
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