KR20140066769A - 기판의 국부적인 진공 증착을 위한 전사 마스크 및 이 전사 마스크의 제조 공정 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판(20)의 국부적인 진공 증착(vapour deposition)을 위한 전사 마스크(transfer mask)(1)와 관련이 있으며, 상기 전사 마스크는 투명한 중간 지지부(2)를 갖고, 상기 중간 지지부의 후면(14)에는 층 스택(layer stack)(13)이 배치되어 있으며, 상기 층 스택은 방사선 흡수 재료로 이루어진 흡수층(6), 상기 흡수층 위에 놓이는 연속적인 커버층(10) 그리고 상기 커버층 위에 놓이는 증발될 재료의 연속적인 증발층(12)을 포함한다. 비교적 더 높은 온도에서 용융되는 재료일지라도 가령 연속 플로우 공정(continuous flow process)에서 국부적으로 상이하게 증발시키기 위해 상기 층 스택(13)은 반사층(4)을 갖지 않으며, 마스크 구조는 구조화된 흡수층(6) 또는 상기 중간 캐리어(2)에 매립되어 있는 구조화된 반사층(4)에 의해서 형성된다.

Description

기판의 국부적인 진공 증착을 위한 전사 마스크 및 이 전사 마스크의 제조 공정 {TRANSFER MASKS FOR THE LOCAL VAPOUR DEPOSITION OF SUBSTRATES AND A PROCESS FOR THE PRODUCTION THEREOF}

본 발명은 고용융(high melting) 재료를 이용하여 기판을 국부적으로 진공 증착(vapour deposition)하기 위한 전사 마스크(transfer mask)와 관련이 있다. 본 발명은 또한, 이러한 마스크를 제조하기 위한 공정과도 관련이 있다.

전사 마스크는 기판상에 구조를 적용시킬 목적으로 이용되는데, 이때 만들어질 구조는 마스크 상에 전사되고 이 마스크에 의해 기판상에 적용된다. 마스킹 된 기판을 조사시킴으로써 마스크 구조를 기판상에 전사시키기 위해, 반도체 기술 분야에서는 포토리소그래피(photolithography) 방법이 매우 광범위하게 이용된다. 이러한 포토리소그래피 방법에서는 대개 기판상의 구조가 감산 방법(subtractive method)에 의해 만들어지는데, 다시 말해 재료를 제거하는 방법으로 만들어진다.

마찬가지로 기판 내부로 국부적으로 상이하게 에너지를 유입하기 위해 마스크가 사용되는 대안적인 방법은, 기판상에 사전에 증착된 코팅부 내에 구조를 만들기 위해 섀도우 마스크(shadow mask)를 사용하는 것이다. 섀도우 마스크는 예를 들어, 포토리소그래피 방법에 사용되는 공정 및 화학 제품이, 예컨대 OLED에서 캐소드를 제조하기 위한 연계 공정에 전혀 적합하지 않거나 또는 충분한 정도로 적합하지 않은 경우에 이용된다. 코팅부 위로 또는 코팅부 상에 배치된 섀도우 마스크의 경우에는 층이 섀딩된 영역과 섀딩되지 않은 영역에 대하여 상이하게 처리된다.

그러나 섀도우 마스크의 경우, 마스크 두께로 인한 바람직하지 않은 종횡비(aspect ratio)에 의해서 적용될 구조의 해상도가 제한된다는 문제점이 나타난다. 상기 해상도는 방사선원의 펄스 지속시간(pulse duration)에 의해서, 그리고 섀도우 마스크의 광 흡수층에서의 열 전도 및 섀도우 마스크의 나머지 부분층에서의 열 전도에 의해서 결정된다. 마스크의 기계적인 안정성 또한 그에 따라 사용될 수 있는 마스크 두께로 인해 섀도우 마스크의 이용 가능성을 제한시킨다.

독일 특허 출원서 DE 10 2009 041 324 A1호에는 전사 마스크를 이용하여 기판을 국부적으로 진공 증착하는 공정이 공지되어 있다. 상기 공정에서는 중간 지지부로부터 기판상으로 유기성 코팅 재료를 국부적으로 증발시키기 위해 투명한 중간 지지부가 사용된다. 상기 출원서에서는 가산 방법, 다시 말해 재료를 부가시키는 방법에 의해 기판상에 구조가 형성된다. 진공 증착을 위해서는 코팅 재료가 전사 마스크 상의 전체 면적에 걸쳐 증착되기는 하지만, 그 후 상기 코팅 재료는 목표하는 장소에서만 증발된다. 상기 목적을 위해, 전사 마스크는 자신의 중간 지지부 상에 요구되는 구조로 된 반사 및 흡수 작용하는 영역을 구비한다. 전사 마스크가 기판 위에 위치하거나 기판상에 위치하면, 에너지 빔에 의해 에너지가 유입되고, 그에 따라 증발은, 전사 마스크의 반사 구조 및 흡수 구조로 인해 코팅 재료가 증발에 충분한 에너지를 수용하는 영역에서만 이루어진다. 상기 방법에서 수백 나노미터 범위로 증착될 층 두께로 인해, 펄스 형태의 에너지 유입은 유기성 재료를 증발시키기에 충분하다. 독일 특허 출원서 DE 10 2009 041 324 A1호에서 기판의 진공 증착은 연속 플로우 공정(continuous flow process)의 틀 안에서 이루어진다.

그 밖에, 독일 특허 출원서 DE 10 2009 041 324 A1호에 기술된 전사 마스크의 층 구성은, 특히 금속이 갖는 자체 증발 온도 및 열적 팽창 특성으로 인해 이러한 금속을 증발시키기에 적합하지 않다. 비교적 더 높은 온도로 인해 더 많은 에너지가 유입되어야 하는데, 상기 더 많은 에너지는 재차 전사 마스크의 다양한 재료에서 열 확장 및 열적 팽창에 영향을 미친다. 예컨대 이러한 영향의 결과로 층 응력(stresses in the layer), 확산 공정 및 반응 공정이 발생한다. 증발될 층의 특성과 코팅된 전사 마스크 상의 재료 조합에 따라서 이러한 효과는 금속성 재료와는 다른 재료에서도 발생할 수 있다.

따라서, 본 발명의 과제는 전사 마스크 및 이 전사 마스크의 제조 공정을 제시하는 것으로서, 상기 전사 마스크에 의해서는 유기성 재료로서, 비교적 더 높은 온도에서 용융되는 다른 종류의 재료, 예컨대 금속 또한 국부적으로 상이하게 증발될 수 있으며, 상기 전사 마스크는 연속 플로우 공정에도 사용 가능하다.

상기 과제는 특허 청구항 1에 따른 전사 마스크 및 특허 청구항 13에 따른 이러한 전사 마스크의 제조 공정에 의해 해결된다. 전사 마스크 및 이러한 전사 마스크 제조 공정의 바람직한 형성예는 각각의 종속 청구항에 의해 기술된다.

본 발명에 따르면 중간 지지부 상의 층 스택은 반사층을 갖지 않는다. 반사 물질이 없는 층 스택은 대안적으로 구조화된 흡수층에 의해 구현될 수 있거나 구조화된 반사층에 의해서 구현될 수 있지만, 상기 구조화된 반사층은 층 스택 내에 매립되는 대신에 중간 지지부 내에 매립되어 있다. 두 가지 경우에는 전사 마스크의 마스크 구조가 단 하나의 구조화 단계로 생성될 수 있는데, 즉 흡수층의 구조화에 의해서 생성될 수 있거나 반사층의 구조화에 의해서 생성될 수 있다.

일반적으로는, 흡수층 위에 놓인 증발 재료가 증발되는 한, 이러한 흡수층을 거쳐 증발 재료 내부로 에너지가 유입되는 것을 직접적으로 혹은 간접적으로 감소시키기 위해, 증발에 사용되는 방사선에 대하여 충분히 높은 반사율을 갖는 재료가 전사 마스크의 반사층 또는 흡수층으로 이해된다. 그와 반대로 흡수층은, 증발 재료를 증발시키기 위해 자체 흡수성(absorbancy)으로 인해 충분한 에너지를 수용하는 층이다. 이 경우 반사층 또는 흡수층이 항상 제한된 흡수성 혹은 반사성을 갖는다는 사실에 대해서도 상기 정의는 모순되지 않는다.

층 스택 내에서 재료 조합을 최소화하는 것은 전사 마스크의 제조를 위해, 무엇보다 연속 플로우 모드(continuous flow mode)의 대규모 산업 공정을 위해 바람직하다. 또한, 특히 금속 및 비교적 더 높은 온도에서 용융되는 다른 종류의 재료의 증발에 대해서도 상기 재료 조합의 최소화가 바람직한 것으로 드러나는데, 그 이유는 감소된 재료 교차점(material interface)을 갖는 단순한 구조에 의해, 높은 온도 및 이러한 높은 온도를 위해 필요하고 가능한 한 짧은 펄스를 갖는 많은 에너지 유입과 관련 있는 발생 가능한 문제들이 감소할 수 있기 때문이다.

구조화된 흡수층은 또한, 에너지 유입 및 열 확장의 횡 방향 분리를 돕는다는 장점을 갖는데, 이는 특히 많은 에너지 유입시 더 높은 온도에서 끓는 증발 재료를 위해 바람직하고, 그 밖에 이러한 점은 구조의 더 높은 해상도를 가능하게 한다.

금속의 증발에는 매우 높은 온도가 필요하기 때문에, 흡수 물질은 특히 열적 충격에 대하여 매우 높은 열적 안정성을 가져야 한다. 용융 온도가 증발 재료의 끓는점보다 적어도 20%, 바람직하게 적어도 25% 높은 흡수 재료를 사용함으로써, 전사 마스크는 증발 공정에 충분한 온도 안정성을 얻는다. 금속의 증발을 위해서는 증발 재료에 따라 바람직하게, 예를 들어 내화성 금속(refractory metal)에 속하는 텅스텐, 몰리브덴 및 탄탈, 크롬, 티탄, 하프늄과 같은 고용융 재료 또는 상기 재료들과 니켈 합금이 바람직하다. 특히 해당 파장 영역에서 우수한 흡수 특성을 갖는 상기 고용융 재료의 화합물도 가능하다. 끓는점이 비교적 더 낮은 증발 재료를 위해서는, 예를 들어 은, 금, 알루미늄, 마그네슘, 칼슘 또는 상기 재료들의 합금과 같이 용융점이 약간 더 낮은 재료도 고려된다.

전사 마스크에서의 변형, 층 응력 및 층 분리를 방지하고 그에 따라 이 전사 마스크를 예를 들어 독일 특허 출원서 DE 10 2009 041 324 A1호에 기술된 바와 같이 특히 연속 플로우 코팅 공정에서 재현 가능하고 그리고 장시간 안정적으로 사용할 수 있기 위해서는, 흡수 재료 및 증발 재료의 재료 조합이 온도 안정성 이외에 재료 적합성(material compatibility)에 따라 선택될 수 있다.

층 스택의 구조 제한에 대한 필요성은 특히, 이미 증발될 재료가 예를 들어 크롬 또는 티탄과 같이 매우 어렵게 증발되는 내화성 금속으로 이루어진 경우에 제기된다. 상기와 같은 경우에 있어서는, 흡수층 및 전체 층 스택의 온도 안정성을 위해 증발 재료의 반사율이 흡수 재료의 반사율보다 높은 경우가 바람직하다. 어렵게 증발되는 이러한 재료들에 있어서 흡수층은 예를 들어 금속보다 낮은 최고 용융점(T_m=3410℃)을 갖는 텅스텐으로 이루어져 있다.

대안적인 해결책에 상응하게 구조화된 반사층이 마스크 구조를 형성하고 이 층이 열 부하를 받는 층 스택으로부터 분리되는 경우에 한해서, 동일한 장점들이 이용될 수 있다. 이러한 경우에는 특히, 중간 지지부의 부분층에 의해 흡수층과 반사층 사이에서 열적 분리가 이루어진다는 장점이 있는데, 상기 열적 분리는 상기 중간 지지부의 재료에 의해 좌우되고 통상적인 중간 지지부로서 유리가 사용된 경우에 매우 우수하게 이루어진다.

그 밖에, 층 스택의 모든 층은 연계된 구조화 없이 단순한 사이클로 된 일련의 코팅 공정에 의해 제조될 수 있다. 또한, 흡수층이 받는 열적 부하는 에너지 빔을 반사시키는 반사층의 부분에 의해 그리고 연속적인, 다시 말해 구조화되지 않고 그에 따라 층 내에 있는 간격에 의해 중단되지 않는 흡수층에 의해서 감소될 수 있다. 흡수층이 반사층의 구조물 상에 매칭되어 구조화되는 경우도 당연히 본 발명에 따른 전사 마스크의 사용 가능성과 대립하지 않는다.

중간 지지부 내에 반사층을 매립하는 것은 전사 마스크의 일 형성예에 상응하게 적어도 두 개의 부분층으로 이루어진 중간 지지부가 형성됨으로써 가능하며, 상기 부분층들 중, 구조화된 반사층이 매립된 상태에서 서로 인접하는 적어도 두 개의 부분층의 주요 구성 성분들은 서로 일치한다. 상기 사실은, 투명한 그리고 열적으로 안정적인 중간 지지부로서의 사용을 결정하는 중간 지지부의 특성을 야기하는 각각의 구성 성분이 단지 소량의 퍼센트 범위로 서로 다르다는 것을 의미한다. 상기 상황은, 기술적으로 작용하고 당업자에게 아무런 문제 없이 중간 지지부의 기능이 안전한 것으로 간주될 수 있는 불순물과 혼합물을 허용한다. 이는, 예를 들어 플로트 유리(float glass)로 이루어진 중간 지지부의 부분층 상에 석영 유리로 이루어진 부분층이 증착되는 상황도 포함된다.

상기 해결책은 반사층이 매립되어 있는 중간 지지부가 사전에 제조될 수 있는 장점이 있다.

중간 지지부가 일 형성예에 상응하게 석영 유리로 이루어진 경우에 한해서, 한편으로는 중간 지지부의 높은 열적 안정성과 관련하여 매우 높은 투명도가 달성될 수 있다. 다른 한편으로는 소위 스핀-온-유리-공정(spin on glass process)에 의해 부분층으로서 투명도가 높고 열적으로 안정적인 석영 유리층을 제조할 수 있고 그에 따라 구조화된 반사층을 매립할 수 있다. 상기 공정의 경우, 스핀 코팅 공정(Spin-Coating)을 이용하여 유리 전구체(glass precursor)가 구조화된 반사층을 갖는 하부 부분층에 제공되어 열 처리에 의해 경화된다. 그 결과로 추가의 처리 공정을 위한 콤팩트한 중간 지지부가 제공된다.

전사 마스크의 추가의 일 형성예에서는 흡수층이 금속 또는 금속 합금으로 이루어지는 사용예를 위해, 흡수층에 열적으로 접촉된 상태로 흡수성을 상승시키는 층이 배치됨으로써 이 흡수층의 흡수성은 상승된다. 예를 들어 금속의 산화물 및 질화물과 같은 다른 흡수 재료와 비교하여, 순수한 금속층은 대개 더 낮은 흡수성을 갖는데, 그 이유는 가시 스펙트럼 범위에서 일반적으로 조사된 광의 30 내지 60%가 반사되기 때문이다. 상기 상황은 에너지 유입을 감소시키고 그와 함께 흡수 물질의 온도를 감소시킨다. 상기 효과는 흡수성을 상승시키는 부가적인 층에 의해 저지된다.

상기 층을 위한 재료로는, 층 스택의 열적 안정성 및 기계적 안정성에 현저한 영향을 미치지 않는다는 점에 한해서 에너지원의 파장에 이용 가능한 재료가 사용될 수 있다. 넓은 스펙트럼 범위에서 우수한 흡수성을 갖는 전형적인 흡수 물질은 예컨대 내화성 금속의 산화물, 질화물, 질산화물, 탄화물 또는 규화물 혹은 이산화 규소이다. 상기 층의 두께는 대개 0 내지 100nm의 범위에 놓인다.

상기 조처에 대안적으로 또는 부가적으로, 본 출원서에 기술된 전사 마스크의 형성예들에서 중간 지지부의 전면에, 다시 말해 방사선 입사 방향으로 향하는 측에 제공된 비반사성 코팅부(antireflection coating)를 이용해서도 흡수층의 흡수성이 상승될 수 있다. 비반사성 코팅부 또한 그 구조 및 기능이 다른 사용예에 공지되어 있다. 상기 비반사성 코팅부의 하나 또는 다수의 층은 자체 굴절률 및 층 두께와 관련하여, 분산 또는 상쇄 간섭(destructive interference)에 의해 반사율이 감소되도록 중간 지지부의 재료에 적합하게 그리고 경우에 따라서는 서로 적합하게 매칭되어 있다. 하나의 개별 층은 예를 들어 MgF로 이루어질 수 있고 0 내지 200㎛의 일반적인 층 두께 범위를 갖는다.

온도 매칭 및 재료 매칭을 위한 흡수층 및/또는 증발 재료의 적합한 재료 조합은 층 구조의 다양한 형성예에 의해 지원될 수 있다. 따라서, 다양한 형성예에 상응하게 스택 구조는 흡수층 및 다양한 부가 층이 사용되는 조건에서 유용하다.

따라서, 흡수층 및 증발층의 재료 조합에는 추가로 커버층의 재료 선택도 포함될 수 있는데, 이때 커버층을 위해서는 그 아래에 놓인 층들의 재료와 상기 증발층의 재료 사이의 반응 및/또는 확산을 적어도 거의 방지하는 재료가 사용된다.

특정 재료 조합, 예를 들어 텅스텐, 몰리브덴 및 탄탈과 알루미늄의 조합은 높은 온도에서 합금을 형성하거나 증발 재료를 디웨팅(dewetting)하는 경향이 있기 때문에, 이러한 경향은 전사 이미지를 변형시킬 수 있다. 상기와 같은 경우에 있어서, 커버층은 흡수층을 위한 그리고 경우에 따라서는 또한 반사층을 위한 보호층으로서 기능하여, 예를 들어 티탄과 알루미늄의 조합시 또는 텅스텐과 티탄의 조합시 발생할 수 있는 바람직하지 않은 반응으로 인한 파괴로부터 보호하거나, 혹은 적어도 사용된 공정 변수에 의해 또는 원하는 층 특성에 의해 증발이 더 이상 가능하지 않을 정도로 흡수 특성 및 경우에 따라 반사 특성이 변경되는 것으로부터 보호한다. 두 가지 재료 사이에서 확산 공정 및 반응 공정을 완전히 방지하는 것이 바람직하다고 하더라도, 상기 확산 공정 및 반응 공정은 상기 커버층에 의한 보호가 상기와 같은 방식으로 이루어지는 것만으로도 충분할 수 있다.

특히, 예를 들어 질화 티탄, 탄화 규소, 탄화 텅스텐, DLC(Diamond Like Carbon-다이아몬드 구조를 갖고 기상(gas phase)으로부터 분리된 탄소) 또는 다른 종류의 재료와 같은 경질 재료층은 특히 끓는점이 더 높은 증발 재료에 대한 우수한 배리어 특성을 갖는다. 이러한 경우에도 적합한 층의 선택은 증발 재료에 의해 어느 정도 좌우되기 때문에, 다양한 증발 재료에 있어서는, 예를 들어 산화 규소, 질산화 규소 또는 질화 규소와 같은 다른 재료들도 당연히 충분할 수 있다.

커버층의 하나의 추가의 기능은 상이한 팽창 계수에 의해 야기될 수 있는 층 응력을 상쇄한다는 것이다. 이 경우, 커버층은 에너지 유입에 의해 발생하는 열적 응력을 부분적으로 수용할 수 있고 상쇄할 수 있다. 상기 효과 또는 추가의 바람직한 효과를 달성하기 위해서 커버층은 다수의 부분층으로 이루어질 수도 있다.

본 발명의 추가의 일 형성예에서 흡수층과 중간 지지부 사이에 중간층(연속적인, 다시 말해 구조화에 의해서 조차 중단되지 않고 투명한 중간층)을 갖는 전사 마스크가 제조되는 경우에 한해서, 상기 중간 지지부와 증착된 층들 사이에서는 개선된 열적 분리가 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 중간층이 반드시 기판상에 연속적으로 증착될 필요는 없다. 층 증착 순서에 따라, 중간층은 부가적으로 또는 대안적으로 추가의 재료, 특히 반사층도 흡수층으로부터 열적으로 분리할 수 있다. 이러한 열적 분리는 특히, 비교적 더 많은 에너지 유입시에 바람직한 것으로 나타난다. 예를 들어 산화 규소, 질화 규소, 질산화 규소, 질화 티탄, 질화 알루미늄과 같이 열적으로 안정적이고 투명한 재료 또는 다른 종류의 재료가 사용될 수 있다. 중간층은 다양한 목적을 위해 다층으로도 구현될 수 있다. 예를 들어 중간층은 동시에 반사를 방지하기 위해 이용될 수 있고, 그에 따라 흡수층 내에서 흡수성을 상승시킨다.

흡수-반사 시스템에 사용된 재료들은 기본적으로 각각의 사용예 및 분리될 증발 재료 그리고 에너지 유입에 사용된 방사선원에 의해 좌우된다. 상기 흡수 반사 시스템에 사용된 재료들은 전술된 열적 조건들을 결정하고, 그에 따라 재료 결합에 대한 요건들도 결정한다. 흡수 특성과 그에 따른 전사 마스크의 사용 가능성은 전사 마스크의 층 구조를 형성하기 위한 전술한 옵션들에 의해 넓은 범위 내에서 영향을 받게 된다. 사용되는 재료의 흡수 특성 및 반사 특성 또한, 원하는 증발 에너지를 달성할 목적으로 사용될 수 있다. 그러나 다수의 사용예에 있어서, 반사 물질의 흡수성보다 흡수 물질의 흡수성이 더 높은 그러한 재료가 사용되는 것이 바람직할 수 있다.

흡수층을 위한 재료로서 특히 금속성 재료를 증발시키기 위해서는, 예를 들어 텅스텐, 몰리브덴 또는 탄탈과 같은 금속 혹은 상기 물질들의 금속 합금이 바람직하거나 예컨대 크롬, 티탄, 하프늄 또는 다른 금속들의 질화물, 산화물 및 탄화물이 바람직한 것으로 나타났는데, 상기 모든 금속 및 재료는 우수한 흡수 특성을 갖는다. 예를 들어 은, 알루미늄, 크롬, 티탄, 하프늄 또는 다른 재료들은 우수한 반사 특성을 갖고, 그에 따라 금속의 증발시 반사층에 적합하다. 흡수/반사 재료의 조합시에는, 충분히 높은 열적 대비(contrast)를 형성할 수 있기 위해 흡수 물질이 반사 물질보다 적어도 20% 적은 반사율을 갖는다는 점을 유의해야 한다.

전사 마스크의 추가의 일 형성예에는 커버층과 증발층 사이에 접착성을 약화시키는 층이 배치되어 있다. 상기 층은 상기 두 개의 층 사이의 접착성을 약화시킴으로써, 기판이 코팅되는 동안에 증발 재료가 커버층으로부터 우수하게 제거되도록 보증한다. 그 밖에, 상기 접착성을 약화시키는 층은 증발 공정 이후에 전사 마스크의 세척을 가능하게 할 수 있고 이 전사 마스크 자체를 보호할 수 있다. 접착성을 약화시키는 층을 위한 재료로서는, 예를 들어 금속성 증발 재료의 경우에 기능성 3염화 실란(trichlorosilane), 포스폰 산(phosphonic acid) 및 티올이 고려된다.

또한, 추가의 일 형성예에서는 커버층과 흡수층 사이에 그리고/또는 커버층과 반사층 사이에 접착 촉진층이 상기 언급한 층들 간의 접착성을 향상시키기 위해 배치될 수 있는데, 그 이유는 상기 층들이 증발층과 달리 영구적으로 또는 적어도 단 한 번의 증발 주기보다는 더 길게 전사 마스크 상에 유지되어야하기 때문이다. 흡수층 및 반사층의 전술된 가변적인 배치 상태로 인해, 접착 촉진층 또한 매우 가변적으로 설계될 수 있다. 접착 촉진층은 커버층과 흡수층 사이의 접착성을 향상시킨다. 접착 촉진층은 예를 들어 사용된 금속들의 산화물, 질화물 및/또는 질산화물, 예컨대 산화 규소 또는 질화 티탄으로 이루어질 수 있다.

추가의 일 형성예에서 흡수층, 대안적으로 또는 부가적으로는 흡수층과 증발층 사이에 놓인 중간층 및 커버층도 비등방성 열 전도성(anisotropic thermal conductivity)을 갖는다. '비등방성 열 전도성'이란, 에너지 유입, 예컨대 방사선원에 의해 흡수층 내에서 생성된 열이 상이한 속도 혹은 상이한 세기로 확장되는 것을 의미한다. 전사 마스크는, 이 전사 마스크에 마주 놓인 기판상에 재료가 이 경우 목표하는 구조로 재차 증착되도록 상기 재료를 국부적으로 상이하게 증발시키기 위해 사용되어야 하기 때문에, 상기 목표하는 구조가 매우 작은 폭을 갖는 방향에서 적어도 흡수층이 가능한 한 낮은 열 전도성을 갖는 경우가 특히 바람직하다. 흡수층은 열 전도에 의해 반사층에 에너지를 빼앗기기 때문에, 상기 반사층은 가능한 낮은 열 전도성을 가져야 한다. 이때 기판상에 재차 증착된 재료의 라인 패턴(line pattern)이 생성되는 경우에 한해서, 낮은 열 전도성은 단 하나의 방향에서만, 특히 횡 방향에서, 다시 말해 마스크 평면에 대해 평행한 횡 방향에서만 필요하고, 그 반면 다양한 방향으로 임계적인 치수를 갖는 복잡한 구조의 경우에는 상기와 같은 작은 열 전도성이 마스크 평면에 대해 평행하게 모든 방향에서 필요하다.

이상적으로는 상응하게 이용된 중간층 및/또는 커버층도 비등방성 열 전도성을 갖는다. 상기 중간층과 커버층은 전달될 재료의 방향으로 열을 전달하기 위한 "경로 상에" 있기 때문에, 이 층들 역시 열을 가능한 한 효과적이고 지향성(directioanl)으로 전달해야 한다. 그와 반대로, 열의 횡 방향 확장은 기판상에 제공될 구조의 해상도의 손실 및 저하를 의미할 수 있다.

전술된 전사 마스크를 이용하여 재료 양립성, 기판상에 제조될 층들의 해상도 및 스케일링 가능성이 개선될 수 있다. 이와 같은 전사 마스크를 이용하여 수행될 수 있는 진공 증착 공정은 예를 들어 OLED 디스플레이를 제조하기 위한 기존 기술에 비해 장점들을 갖는다. 그에 따라 상기 진공 증착 공정은, 모두 합쳐 하나의 픽셀을 형성하는 각각의 서브 픽셀(subpixel)이 고유한 캐소드를 각각 포함하는 OLED-디스플레이의 제조를 가능하게 하고, 이로 인해 용량성의 손실이 감소되고 그에 따라 스위칭 시간이 더 짧아지고 전류 수요가 더 작아질 수 있다.

전사 마스크의 전술한 층들의 증착에는 다양한 코팅 공정이 적합하다. 예를 들어 스퍼터링 공정, 열적 증발 공정, CVD-공정, 스핀 코팅 공정 또는 졸-겔-공정(sol-gel process)이 가능하다. 전구체를 이용한 코팅 공정도 사용될 수 있다. 전구체의 경우에는 예컨대 화학적 화합물 내에 증착될 금속을 함유하는 화합물이 제공된다. 적용시에는 순수한 금속으로의 변환이 이루어진다. 전사 마스크의 층 구조 및 요구되는 개별 층들의 특성들에 따라서 전체 전사 마스크를 제조하기 위한 일관된 공정(예컨대 스퍼터링 공정) 뿐만 아니라 전술된 공정들의 조합 또한 연속 플로우 공정에서도 가능하다.

그 밖에, 포토리소그래피 방법 사용하에서 건식 에칭 또는 습식 에칭 혹은 기계적인 또는 기계-화학적인 폴리싱(polishing)과 같은 개별 층들의 구조 또는 층 시스템을 제조하기 위한 감산적인 공정 단계가 이용된다. 이와 같은 가산 방법 및 감산 방법은 당업자에게 전체적으로 충분하게 공지되어, 최상의 층 특성 및 공정 조합이 달성된다.

그 밖에, 사전 처리 단계 및 중간 처리 단계가 전사 마스크 층들의 증착 및 구조화를 위한 공정 순서에 삽입되는 것이 바람직한 것으로 나타날 수 있으며, 상기 사전 및 중간 처리 단계는 마찬가지로 다양한 기술을 이용한다. 그에 따라 예컨대 개별 층들의 접착이 실시될 수 있다.

비등방성 열 전도성을 갖는 층은 중간 지지부 온도, 증착률, 가스 흐름 또는 가스 흐름 비율 및 공정 압력과 같은 공정 변수가 적합하게 설정되는 조건에서 제조된다. 이 경우, 특히 열 전도성에 있어서 비등방성 조건을 충족시키는 흡수층, 중간층 및/또는 커버층 내부에 원주형 구조, 다시 말해 기둥 형태의 구조물을 형성하기 위해서는 J.A. Thornton in Ann. Rev. Mater. Sci. 1977.7:239-260의 상세한 실시예가 참조 될 수 있다. 원주형 구조물의 성장 방향에서 이러한 원주형 구조물은 횡 방향보다 현저히 더 높은 전도성을 갖는다.

본 발명은 후속하여 실시예들을 참조하여 더 상세하게 설명된다.

도 1a, 도 1b 및 도 1c는 구조화된 흡수층을 포함하는 전사 마스크의 대안적인 층 스택을 도시한 도면이고,
도 2는 중간 지지부 내에 매립된 반사층을 갖는 전사 마스크의 실시예를 도시한 도면이며, 그리고
도 3은 전사 마스크를 이용한 기판의 코팅 공정을 도시한 도면이다.

도 1a, 도 1b 및 도 1c의 본 발명에 따른 전사 마스크(1)는 구조화된 흡수층(6)을 갖되 반사층(4)은 갖지 않는다.

도 1a에 따른 실시예는 후면(14)에 층 스택(13)이 증착되어 있는, 유리로 이루어진 중간 지지부(2)를 포함한다. 본 실시예에서 후면(14)은 기판(20)의 진공 증착 공정에서(도 3 참조) 이 기판(20)을 향하는 중간 지지부(2)의 측을 나타낸다.

상기 층 스택(13)은 스퍼터링 공정에 의해서 증착된, 예를 들어 85 내지 500nm 두께의 텅스텐으로 이루어진 흡수층(6)을 포함한다. 상기 흡수층은 포토리소그래피 방법 및 습식 화학 에칭에 의해 구조화되었으며, 그 결과 추후 기판(도시되지 않음)상에 증착되어야 하는 영역들만 남게 된다.

마스크 구조물은 예를 들어 SiC 또는 DLC으로 이루어진, 10 내지 200nm 두께의 커버층(10)에 의해서 덮인다. 상기 층도 마찬가지로 스퍼터링 되었다. 상기 커버층(10) 위에는 증발층(12)의 증발될, 예컨대 금속성의 재료가 열적 진공 증착 공정에 의해서 도포된다. 상기 증발층은 예를 들어 알루미늄으로 이루어져 있다.

도 1b에 따른 실시예는 도 1a에 도시된 층들에 대하여 부가적으로 층 스택(13) 내에 중간층(8)을 포함한다. 상기 중간층(8)은 중간 지지부(2)의 상부 및 흡수층(6)의 하부에 중단되었다. 이 중간층은 산화 규소 또는 질산화 규소, 경우에 따라서는 두 가지 재료의 농축물로 이루어져 있고, 1 내지 100nm 범위의 층 두께를 가지며 스퍼터링 공정에 의해 증착되어 있다. 중간 지지부를 위한 재료로서는 기계적으로 그리고 화학적으로 매우 안정적이고 추가적으로 높은 투과율(trnsmission)를 갖는, 예를 들어 석영 유리, 백유리 및 사파이어 유리가 적합하다.

중간 지지부(2)의 전면(15)에는 비반사성 코팅부(16)로서 하나의 개별 층이 배치되어 있다. 상기 개별 층은 MgF로 이루어져 있고 스퍼터링 공정에 의해서 증착되어 있다.

도 1c에 따른 전사 마스크는, 커버층(10)과 증발층(12) 사이에 배치되어 있고 두 개의 인접 층 사이의 접착성을 약화시키기 위해 이용되는 선택 가능한 접착성 약화층(11)에 의해서 도 1b에 따른 마스크와 상이하다. 상기 전사 마스크는 예컨대 기능성 3염화 실란, 포스폰 산 및 티올로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 전사 마스크(1)는 예를 들어 중간 지지부(2)의 전면(15)에 비반사성 코팅부(16)를 갖지 않는다.

그러나 도 1b에 따른 실시예와는 다르게, 본 도면에서 중간층(8)은 두 개의 부분층으로 이루어져 있으며, 상기 부분층들의 굴절률이 변경됨으로써, 적합한 층 두께와 관련하여 흡수층(6) 및 중간 지지부(2)로부터의 열적 분리 이외에, 간섭 효과에 의한 반사 방지가 달성된다. 상기 목적을 위해서는, 예컨대 반사 방지 효과를 향상시키기 위해서 반복될 수도 있는 TiO₂ 및 SiO₂로 이루어진 층 스택이 적합하다.

도 2에 따른 전사 마스크는 예를 들어 은으로 이루어진 반사층(4)을 포함하며, 상기 반사층은 중간 지지부(2) 내에 매립되어 있다. 상기 매립을 위해 중간 지지부(2)의 전구체에 의해서 전면(15)에 마주 놓인 상기 중간 지지부의 표면상에 반사층(4)이 스퍼터링 공정에 의해 85 내지 500nm 범위의 두께로 증착되고 후속하여, 흡수층에 대하여 전술된 바와 같이 구조화된다.

후속하여 중간 지지부(2)의 부분층(3)이 반사층(4) 위에 제공된다. 일반적으로는 스핀-온-유리 코팅 공정으로서 공지된 스핀 코팅 공정을 이용하여 중간 지지부로서 유리는 부분층(3)이 후속하여 경화되면서 제공된다. 중간 지지부(2)의 다른 재료들에서는, 예를 들어 PVD, CVD와 같은 다른 종류의 공정도 사용될 수 있다.

이와 같이 제조된 중간 지지부의 후면(14)에는 우선 CrNx로 이루어진 흡수성을 상승시키는 층(7)이 스퍼터링 공정에 의해 증착된다. 층 스택(13) 내에서 상기 흡수성을 상승시키는 층 바로 위에는 흡수층(6), 커버층(10) 및 증발층(12)이 후속된다. 층 스택의 상기 층들에 대해서는 도 1a의 설명이 참조 되며, 이때 흡수층(6)은 도 1a의 실시예에서와는 달리 구조화되지 않았다.

중간 지지부(2)는 전면(15)에 도 1b에 기술된 바와 같이 마찬가지로 비반사성 코팅부(16)를 갖는다.

개별 층들을 증착 및 구조화하는 공정은 전술된 공정에 상응할 수 있다. 달성될 층 및 층 특성에 따라서 그리고 목표하는 장치 복잡성 및 비용 소모에 따라서 전술된 공정들 중 다른 공정들도 사용될 수 있다.

또한, 도 1a에 기술된 바와 같이 우선, 중간 지지부(2) 상에 중간층(8)이 증착되고 그 위에는 예컨대 85 내지 100nm 두께의 텅스텐으로 이루어진 흡수층(6)이 증착된다. 상기 흡수층은 전술된 바와 같이 횡 방향으로 구조화된다.

도 3에는 예를 들어 도 1b에 따른 전사 마스크를 이용한 기판(20)의 진공 증착 공정이 도시된다. 상기 목적을 위해 증발층(12)이 제공된 전사 마스크(1)의 표면은 기판(20)에 대하여 상대적으로, 근접-간격(광학 리소그래피 방법의 경우 일반적인, 예컨대 30㎛의 간격)으로 혹은 기판(20)과 직접 접촉하여 위치된다. 후속하여 증발 재료는 방사선원(22), 예를 들어 가스 방전 램프를 이용하여 투명한 중간 지지부(2)를 통해 조사된다. 광학 리소그래피 방법의 경우와 유사하게 서터(24)를 통해서 방사선원(22)이 스위치-온 또는 스위치-오프될 수 있다.

방사선원(22)으로부터의 에너지 유입에 의해 단지 구조화된 흡수층(6)만이 충분히 강하게 가열됨으로써, 증발층(12)의 재료는 오로지 이 지점에서만 증발되고 구조화된 코팅부(26)로서 흡수층(6)에 마주 놓인, 기판(20) 표면 영역에 침식된다. 전사 마스크(1)의 구조화된 표면과 기판(20) 사이의 간격이 작을수록 분산 증발률, 다시 말해 의도하지 않은 지점에서 응축되는 증발 재료의 양도 적어진다.

흡수층(6)의 적은 열 용량성(heat capacity)으로 인해 증발 온도가 밀리초-범위로 가열될 수 있다. 셔터를 통해 방사선원(22)을 스위치-오프한 후에는, 상대적으로 높은 열 용량성을 갖는 중간 지지부(2)와의 열적 접촉으로 인해 흡수층(6)이 급격하게 냉각된다. 상기 공정에 의해서는 10㎛-범위보다 작은 구조가 전사 마스크(1)로부터 기판(20)상으로 적용될 수 있다.

1 전사 마스크
2 중간 지지부
3 부분층
4 반사층
6 흡수층
7 흡수성을 상승시키는 층
8 중간층
10 커버층
11 접착성을 약화시키는 층
12 증발층
13 층 스택
14 후면
15 전면
16 비반사성 코팅부
20 기판
22 방사선원
24 셔터
26 코팅부

Claims (16)

1. 기판(20)의 국부적인 진공 증착(vapour deposition)을 위한 전사 마스크(transfer mask)로서,
   투명한 중간 지지부(2)를 구비하고, 상기 중간 지지부의 후면(14)에는 층 스택(layer stack)(13)이 배치되어 있으며, 상기 층 스택은 방사선 흡수 재료로 이루어진 흡수층(6), 상기 흡수층 위에 놓이는 연속적인 커버층(10) 그리고 상기 커버층 위에 놓이는 증발될 재료의 연속적인 증발층(12)을 포함하고,
   상기 층 스택(13)은 반사층(4)을 포함하지 않고, 마스크 구조는 구조화된 흡수층(6) 또는 상기 중간 지지부(2) 내에 매립되어 있는 구조화된 반사층(4)에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는,
   기판의 국부적인 진공 증착을 위한 전사 마스크.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 흡수층(6)은, 상기 증발층(12) 재료의 끓는 온도보다 적어도 20%, 바람직하게는 적어도 25% 높은 용융 온도를 갖는 재료로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는,
   기판의 국부적인 진공 증착을 위한 전사 마스크.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 증발층은 내화성 금속(refractory metal) 또는 내화성 금속의 합금으로 이루어져 있고, 이 증발층(12)의 재료의 반사율은 상기 흡수층(6)의 재료의 반사율보다 더 높은 것을 특징으로 하는,
   기판의 국부적인 진공 증착을 위한 전사 마스크.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 매립된 반사층(4) 위로 상기 중간 지지부(2)의 부분층(3)이 놓이고, 상기 부분층은 자체 주요 구성 성분에 있어서, 상기 반사층에 이어지는 중간 지지부(2)의 부분층의 재료와 상응하는 재료로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는,
   기판의 국부적인 진공 증착을 위한 전사 마스크.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 중간 지지부(2)는 석영 유리로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는,
   기판의 국부적인 진공 증착을 위한 전사 마스크.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 흡수층(6)은 금속 또는 금속 합금으로 이루어져 있고, 상기 중간 지지부(2)와 상기 흡수층(6) 사이에 그리고 이 흡수층(6)에 접촉하여 흡수성을 상승시키는 층(7)이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는,
   기판의 국부적인 진공 증착을 위한 전사 마스크.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 흡수성을 상승시키는 층(7)은 단층 또는 다층으로 형성되어 있고, 절연성 재료, 바람직하게는 내화성 금속의 산화물, 질화물, 질산화물, 탄화물 또는 규화물로 이루어져 있거나 이산화 규소로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는,
   기판의 국부적인 진공 증착을 위한 전사 마스크.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 흡수층(6)의 반사율은 상기 매립된 반사층(4)의 반사율보다 적어도 20% 더 적은 것을 특징으로 하는,
   기판의 국부적인 진공 증착을 위한 전사 마스크.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 흡수층(6)과 상기 중간 지지부(2) 사이에는 연속적인, 투명한 중간층(8)이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는,
   기판의 국부적인 진공 증착을 위한 전사 마스크.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커버층(10)과 상기 증발층(12) 사이에는, 커버층(10)과 증발층(12) 사이의 접착성을 약화시키기 위한 접착성 약화층(11)이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는,
    기판의 국부적인 진공 증착을 위한 전사 마스크.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중간 지지부(2)은 자신의 전면(15)에 비반사성 코팅부(antireflection coating)(16)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    기판의 국부적인 진공 증착을 위한 전사 마스크.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    흡수층(6), 중간층(8) 및/또는 커버층(10)의 층들 중 적어도 한 층이 비등방성 열 전도성(anisotropic thermal conductivity)을 갖는 것을 특징으로 하는,
    기판의 국부적인 진공 증착을 위한 전사 마스크.
13. 기판(20)의 국부적인 진공 증착을 위한 전사 마스크(1)의 제조 공정으로서,
    자신의 후면에 층 스택을 포함하는, 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 투명한 중간 지지부(2)가 제조되는,
    기판의 국부적인 진공 증착을 위한 전사 마스크의 제조 공정.
14. 제 13 항에 있어서,
    중간 지지부(2) 내에 반사층(4)을 매립하기 위하여, 층 스택(13)이 증착되기 전에 중간 지지부(2) 상에 반사층(4)이 증착되고 구조화되며, 후속하여 그 위에 중간 지지부(2)의 투명한 부분층(3)이 상기 반사층(4)을 덮는 방식으로 제공되는 것을 특징으로 하는,
    기판의 국부적인 진공 증착을 위한 전사 마스크의 제조 공정.
15. 제 14 항에 있어서,
    언급된 부분층(3)의 제조를 위하여, 유리 전구체(glass precursor)가 스핀 코팅 공정(spin coating)에 의해 증착되고 후속하여 경화되는 것을 특징으로 하는,
    기판의 국부적인 진공 증착을 위한 전사 마스크의 제조 공정.
16. 제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    흡수층(6), 중간층(8) 및/또는 커버층(10)의 층들 중 적어도 한 층의 제조 동안에, 해당 층이 비등방성 열 전도성을 갖도록 제조되는 방식으로 중간 지지부 온도, 증착률, 가스 흐름 또는 가스 흐름 비율 및 공정 압력과 같은 변수가 설정되는 것을 특징으로 하는,
    기판의 국부적인 진공 증착을 위한 전사 마스크의 제조 공정.

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