KR20160007095A - 포토마스크 보호층의 형성방법 - Google Patents

Abstract

포토마스크 보호코팅층을 형성하는 방법으로서, 플라스틱 소재의 상기 포토마스크상에 UV경화형 도료를 코팅하는 단계;와 상기 코팅된 UV경화형 도료를 UV경화하는 단계를 포함하여 열건공정 없이 포토마스크 보호코팅층을 형성하는 방법이 제시된다.
본 발명의 방법에 의하면, 가열 건조 공정이 필요 없는 무용제형 UV 코팅으로서, 열건 공정을 생략함으로써 생산 공정의 단순화 및 공정 비용을 절감할수 있고, 무기계 소재 뿐만 아니라 내열성이 취약한 다양한 플라스틱 소재의 포토 마스크에도 적용 가능한 공정이며, 다층으로 구성된 보호필름을 대체하여 표면보호층을 단층화 함으로써 포토마스크 작업시 발생하는 굴절 및 산란을 개선하여 보다 정밀한 미세 회로를 구현하고 기판의 품질을 향상시킬 수 있으며, 보호필름을 점착하는 공정을 대체함으로써 점착공정 자체에서 발생하는 비용과 불량을 개선할 수 있는 효과가 있다.

Description

포토마스크 보호층의 형성방법{Method of making protection layer onto the surface of photomask}

본 발명은 반도체나 인쇄회로 기판 생산공정에 사용되는 포토마스크 필름에 에 대한 것으로서, 더우 상세히는 상기 포토마스크 필름에 보호층을 형성하는 방법에 관한 것이다.

반도체나 인쇄회로 기판 생산공정에 사용중인 포토마스크 필름의 표면 보호를 위한 처리 방법으로써 일반적으로 보호 필름을 사용하고 있다.

도 1 및 2에는 이러한 일반 보호필름을 보호층으로 형성한 단층구조 및 보호필름층 형성공정을 도시하고 있다.

보호필름층은 PCB 기판 제조시 일반적으로 열에 의한 치수변화가 심한 플라스틱 소재의 포토마스크의 표면손상을 방지하고 재사용 횟수를 확보하기 위하여 행하는 것인데, 보호필름층의 두께는 일반적으로 8㎛ 내지 12㎛ 정도가 된다. 이때 사용되는 보호 필름의 표면은 이형성 및 내스크레치성이 좋은 UV도료로 도장되어 있다.

그러나 보호 필름은 표면 보호층, 필름층, 접착제 층의 3중 구조로 포토마스크의 품질 저하의 원인되기도 한다.

한편, 보호필름을 대체하여 단일 보호층을 형성하는 방법이 사용되기도 한다. 이러한 방식으로는 현재 열건 UV경화 방식의 용제형 도료가 존재하고있다. 이러한 도료는 열변형이 적은 무기계 소재(유리 기판 및 석영 기판)에만 일부 적용되고 있는 방법이다. 그러나 이러한 열건 UV 혼합 경화 방식의 도료는 열처리 공정에 의한 생산비 증가 및, 용제 휘발에 따른 VOC 발생 등의 문제를 안고 있으며, 열처리 공정 때문에 내열성이 약한 플라스틱소재( PET, PI 등)의 포토마스크에는 적용하기 어려운 단점이 있다.

한편, 대한민국 특허 제10-0800010호(막면보호층부착 포토마스크 원판과 그 제조방법 및 포토마스크 원판용 보호층 형성액)에는 용제형 열건 경화방식의 포토마스크 보호층의 형성방법이 개시되어 있는데, 포토마스크의 재질(소재)이 유리, 석영등 무기물인 경우에는 소재위에 기판을 구현한 후에 보호 필름 대신 불소수지와 아크릴수지의 혼합수지에, 아세트산-n-부틸과 메틸에틸케톤(MEK)과 메틸이소부틸케톤(MIBK)이 혼합한 용제를 조합하여 이루어지는 2액 가교형 방오성 표면 코팅제를 주제로하여, 여기에 폴리이소시아네이트 예비중합체와 아세트산 에틸을 혼합하여 이루어지는 가교경화제와, 아세트산-n-부틸과 메틸에틸케톤(MEK)과 아세트산 셀로솔브(에틸렌글리콜 모노에틸에테르)로 이루어지는 희석제를 조합하여 도장하고 에이징공정을 거쳐 표면 보호층을 형성하는 방법을 제시하고 있다.(도면 3 참조)

한편, 이러한 열건방식에 UV경화형 방식을 혼합한 방법이 제안되기도 했는데, 대한민국 공개특허 제10-2004-0012453호(포토마스크 피복제 및 포토마스크의 표면 보호 피복물형성 방법)에는 코팅한 도막이 불량하게 형성된 경우에 용이하게 제거할 수 있고, 저온에서 경화시킬 수 있고, 자외선 투과율, 내약품성, 경도 및 이형성이 높은 표면 보호 피복물을 형성할 수 있는 포토마스크 피복제 및 포토마스크의 표면 보호 피복물 형성 방법을 제시하고 있다.(도 4 참조)

이러한 도료로 상기 특허는 다음과 같은 조성을 제시한다.

(제10-2004-0012453호의 실시예 1의 조성서분 및 조성비)

원료	중량부
폴리페닐실란	16
에폭시수지	8
광산 발생제	0.8
표면 조정제	0.1
실리콘화합물	0.25
용제	74.85
합계	100

그러나, 상기의 종래기술은 다음과 같은 문제점이 있다.

1. 일반적인 방식

1-1 보호필름 부착방식

점착제층과 필름층으로 형성된 보호필름은 광 투과율 저하로 30㎛ 이하의 회로 구현에는 한계가 있고 또 점착공정중 발생하는 미세 공기층에 의한 핀홀(Pin hole)이 빈번히 발생하고 있으며 무처리 상태에서는 스크래치나 습기에 의한 영향으로 양산율이 현저히 저하되는 문제점을 가지고 있다.

1-2 무처리

무처리 상태에서는 작업중에 포토마스크 표면 층에 발생하는 스크래치나 오염 등의 표면 손상에 의해서 포토마스크 재사용율이 급격히 낮아지며(비용증가), 극친수성인 포토마스크 표면 층의 특성으로 인하여, 포토마스크 보관시에 표면이 습기에 노출되어 일어나는 변형의 영향으로 양산율이 현저히 저하되는 문제점이 있다.

2. 용제형 열건 경화 방식.

상온에서 에이징하여 경화하는 방식은 플라스틱 소재의 포토마스크에 적용 가능하나 사용하는 코팅액이 2액형으로 구성되어 있어 경화되는데 일정 이상의 시간이 소요되어 작업 수량이 매우 제한적인 단점이 있고, 코팅 점도 조절을 위하여 다량의 유기용제를 희석제로 사용해야하는 단점이 있다.

이러한 단점을 개선하고자 제시된 열건 경화 방식은 생산 속도를 개선할 수는 있으나, 이 기술 또한 박막코팅작업 조건, 즉 점도를 낮추기 위해 휘발성 유기용제를 사용해야 하기때문에 경화를 위해서 반드시 유기용제의 휘발을 위한 열건공정 혹은 별도의 에이징 공정이 필요로 한다. 또한 열건 공정시에는 글라스 포토마스크에 적용 가능하나 열에 의한 치수변화가 심한 플라스틱 포토마스크에는 적용하기는 어려움이 있다.

3. 열건 UV 혼합 경화 방식

이 방식은 점도가 높은 폴리머를 사용한다고 하고 있으며, 이 경우 3㎛이하의 박막코팅작업 조건 및 도장 가능한 작업 점도를 유지하기 위하여 휘발성 유기용제를 다량 필요로하게되고, 또 UV 조사 전에 충분한 경화를 위해서는 반드시 유기용제 휘발을 위한 프리베이킹이 필요한 것으로 되어 있다.(70℃ 내지 120℃ 범위의 온도로 가열하는 프리베이킹 공정). 이러한 열건공정은 글라스 포토마스크의 표면 보호층 형성에는 적용이 가능하나 열에 의한 치수변화가 심한 플라스틱 포토마스크에는 적용하기는 어려움이 있다.

본발명은 상기의 점을 감안하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 설계한 전자회로 패턴이 형성된 포토마스크 위에 보다 우수한 성능의 표면 보호층을 보다 친환경적이고, 경제적인 방법으로 구현하는 방법을 제시하는데에 있다.

또한 보호필름을 대체하여 포토마스크 표면에 직접 코팅(단층)을 시행함으로써 다층구조의 보호필름에 의해 발생되는 포토마스크의 품질 저하를 개선하는데 그 목적이 있다.

상기의 과제를 달성하기 위해 본 발명의 포토마스크 보호코팅층을 형성하는 방법은 플라스틱 소재(PET, PI(Polyimde) 등)의 상기 포토마스크상에 UV경화형 도료를 코팅하는 단계;와 상기 코팅된 UV경화형 도료를 UV경화하는 단계;를 포함하여 열건공정 없이 포토마스크 보호코팅층을 형성하는 방법을 제시한다.

본 발명의 방법은 열에 의한 건조공정이 필요 없는 UV 경화방식을 사용하는 바, 아래와 같은 장점이 있다.

①가열 건조 공정이 필요 없는 무용제형 UV 코팅으로서, 열건 공정을 생략함으로써 생산 공정의 단순화 및 공정 비용을 절감할수 있다.

② 무기계 소재 뿐만 아니라 내열성이 취약한 다양한 플라스틱 소재의 포토 마스크에도 적용 가능한 공정이다.

③ 다층으로 구성된 보호필름을 대체하여 표면보호층을 단층화 함으로써 포토마스크 작업시 발생하는 굴절 및 산란을 개선하여 보다 정밀한 미세 회로를 구현하고 기판의 품질을 향상시킬 수 있다.

④ 보호필름을 점착하는 공정을 대체함으로써 점착공정 자체에서 발생하는 비용과 불량을 개선할수 있다.

본 발명의 방법에서 사용될 수 있는 UV경화형 도료는 점도 200cps/25℃ 이하인 UV 올리고머(GMA(Glycidyl meta Acrylate)과 BMA(Buthyl meta acrylate) base의 올리고머)와 TMPTA(Trimethylolpropane Triacrylate) base 실리카졸을 중량비 1 : 0.5 내지 1 : 0.05를 포함하고, 광개시제를 상기 UV 올리고머와 실리카졸 100중량부 대비 1 내지 5 중량부를 포함하며, 상기 UV경화형 도료는 유효성분이 97% 이상인 도료일 수 있다. 유효성분이 97% 이상인 바, 열건공정이 필요없게 된다.

본 발명의 방법에 의하면, 가열 건조 공정이 필요 없는 무용제형 UV 코팅으로서, 열건 공정을 생략함으로써 생산 공정의 단순화 및 공정 비용을 절감할수 있고, 무기계 소재 뿐만 아니라 내열성이 취약한 다양한 플라스틱 소재의 포토 마스크에도 적용 가능한 공정이며, 다층으로 구성된 보호필름을 대체하여 표면보호층을 단층화 함으로써 포토마스크 작업시 발생하는 굴절 및 산란을 개선하여 보다 정밀한 미세 회로를 구현하고 기판의 품질을 향상시킬 수 있으며, 보호필름을 점착하는 공정을 대체함으로써 점착공정 자체에서 발생하는 비용과 불량을 개선할 수 있는 효과가 있다.

도 1 내지 4는 종래의 포토마스크 보호층의 형성방법을 도시한 것이고,
도 5는 본 발명의 방법을 도식적으로 도시한 것이고,
도 6a는 비교예 1의 포토마스크 필름의 표면보호층의 사진이고,
도 6b는 본 발명에 따른 실시예 1의 포토마스크 필름의 표면보호층의 사진이고,
도 7은 본 발명에 따른 실시예 1 및 비교예 1의 각 포토마스크 필름을 이용하여 노광후 현상한 전자회로 패턴의 전자현미경 사진이다.

이하 본 발명의 실시예를 설명한다.

실시예 1

에이펙케미칼사에서 제조한 UV 올리고머((GMA(Glycidyl meta Acrylate)과 BMA(Buthyl meta acrylate) base의 올리고머) 26.5 중량부, (주) 렌코사 제조 Optisol-ASAM3100(TMPTA base 실리카졸) 30 중량부, DPHA(Dipentaerythritol Hexaacrylate) 8 중량부, 2-HEMA(2-Hydroxyethyl methacrylate) 10 중량부, HDDA(1,6-Hexanediol Diacrylate) 20 중량부, 에칠아세테이트 2 중량부, 바스프사의 Igacure 184(1-Hydroxy-cyclohexyl-phenyl-ketone)3 중량부, 바스프사의 DAROCUR TPO(Diphenyl (2,4,6-trimethylbenzoyl)-phosphine oxide) 0.5 중량부를 혼합하여 본 발명의 UV코팅도료를 제조하였다.(점도 11cps/25℃ , 비중 : 1.07, 수분함량 : 0.5% )

이 제조된 도료를 폭 55cm ㅧ길이 66cm 의 산화은이 제거된 포토마스크 필름위에 코팅제를 약 5μm 두께로 롤 도포하여 600mJ/㎠ 로 UV 조사하여 경화시켰다.

비교예 1

폭 55cm 길이 66cm 의 산화은이 제거된 포토마스크 필름위에 SEKISUI 사의 TACKWELL #155R HD 필름을 라미네팅하였다.

비교예 2

폭 55cm 길이 66cm 의 산화은이 제거된 포토마스크 필름을 무처리 하였다.

위 각 형성된 포토마스크 표면 보호층의 평가

수득된 실시예 1 비교예 1 및 2 각각의 표면 보호층에 대하여 하기 항목에 관해서 평가하였다.

- 외관: 표면 보호 피복물을 백색 형광 등불 아래에서 육안으로 관찰하고, 크랙, 혼탁 등의 외관 불량이 관찰되지 않은 것을 ○으로 하고, 관찰된 것을 X 로 하였다.

- 광 투과율 및 헤이즈 : 산화은층을 제거한 포토마스크 필름에 코팅제를 도포하여 UV경화후 헤이즈 측정기 (NIPON DENSHOKU사, NDH-5000)로 측정하였다.

- 연필 경도: JIS K5400에 준거하여 측정하였다.

- 내수성(벤콧트 러빙): 순수를 포함한 와이핑 클로스로 문지르고, 표면 변화의 유무를 현미경으로 관찰하였다. 표면 변화가 관찰되지 않은 것을 ○으로 하고, 표면 변화가 관찰된 것을 X 로 하였다.

- 내에탄올성(벤콧트 러빙): 에탄올을 포함한 와이핑 클로스로 문지르고, 표면 변화의 유무를 현미경으로 관찰하였다. 표면 변화가 관찰되지 않은 것을 ○으로 하고, 표면 변화가 관찰된 것을 X 로 하였다.

- 밀착성(바둑판눈 테이프 박리):JIS K5400에 준거하여 측정하였다.

- 방오성: 유성 매직으로 표시하고, 23℃의 방에 24시간 동안 방치한 후, 에탄올을 포함한 와이핑 클로스로 문지르고, 표시 자국의 유무를 현미경으로 관찰하였다. 표시 자국이 관찰되지 않은 것을 ○으로 하고, 관찰된 것을 X로 하였다.

- 발수성: 스포이트를 사용하여 순수를 적하하고, 젖은 상태를 육안으로 관찰하였다. 발수성이 관찰된 것을 ○으로 하고, 관찰되지 않은 것을 X로 하였다.

이상의 결과를 표 2에 정리하였다.

항목	실시예 1	비교예 1	비교예 2
외관	○	○	○
광 투과율	88.74	88.72	88.49
헤이즈	3.13	4.54	6.4
연필경도	2∼3H	6B	H
내수성	○	○	ㅧ
내에탄올성	○	○	ㅧ
밀착성	100/100	Cross Cut시에 손상	100/100
방오성	○	○	ㅧ
발수성	○	○	ㅧ

이상에서와 같이 본 발명의 방법에 따라 형성된 포토마스크 보호코팅층이 비교예의 경우보다 훨씬 우수한 성질을 보여주고 있음을 확인할 수 있다.

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Claims (2)

1. 포토마스크 보호코팅층을 형성하는 방법으로서,
   플라스틱 소재의 상기 포토마스크상에 UV경화형 도료를 코팅하는 단계;
   상기 코팅된 UV경화형 도료를 UV경화하는 단계를 포함하여 열건공정 없이 포토마스크 보호코팅층을 형성하는 방법.
2. 청구항 1항에 있어서, 상기 UV경화형 도료는 점도 200cps/25℃ 이하인 UV 올리고머(GMA(Glycidyl meta Acrylate)과 BMA(Buthyl meta acrylate) base의 올리고머)와 TMPTA(Trimethylolpropane Triacrylate) base 실리카졸을 중량비 1 : 0.5 내지 1 : 0.05를 포함하고, 광개시제를 상기 UV 올리고머와 실리카졸 100중량부 대비 1 내지 5 중량부를 포함하며, 상기 UV경화형 도료는 유효성분이 97% 이상임을 특징으로 하는 포토마스크 보호코팅층을 형성하는 방법.
   
   
   
   
   
   
   

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