KR20190044295A - 파라데이 상자를 이용한 플라즈마 식각 방법 - Google Patents

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KR20190044295A
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Abstract

본 명세서는 파라데이 상자를 이용한 플라즈마 식각 방법을 제공한다.

Description

파라데이 상자를 이용한 플라즈마 식각 방법{METHOD FOR PLASMA ETCHING PROCESS USING FARADAY BOX}
본 명세서는 파라데이 상자를 이용한 플라즈마 식각 방법에 관한 것이다.
디스플레이에 원하는 이미지를 사용자에게 보이도록 하기 위하여, 가시광의 상태를 변경하기 위한 도광판을 사용할 수 있다. 도광판은 반사, 굴절 또는 회절 등을 통하여 입사되는 가시광과 상호작용을 할 수 있으며, 이와 같은 상호작용을 조절하여 사용자에게 원하는 이미지를 보이게 할 수 있다. 도광판에 입사된 광은 도광판에 구비된 구조물과 상호작용을 하며 회절이 일어날 수 있으며, 이는 광의 파동성에 기인한 것으로서 광파들의 간섭으로 표현될 수 있다. 도광판 내에 입사된 광이 주기적인 구조물을 만나는 경우, 광의 회절에 의하여 서로 다른 방향의 빔으로 분할되어 사용자에게 보일 수 있다.
디스플레이에 원하는 이미지를 사용자에게 보이도록 하기 위하여, 가시광의 상태를 변경하기 위한 도광판을 사용할 수 있다. 도광판은 반사, 굴절 또는 회절 등을 통하여 입사되는 가시광과 상호작용을 할 수 있으며, 이와 같은 상호작용을 조절하여 사용자에게 원하는 이미지를 보이게 할 수 있다. 도광판에 입사된 광은 도광판에 구비된 구조물과 상호작용을 하며 회절이 일어날 수 있으며, 이는 광의 파동성에 기인한 것으로서 광파들의 간섭으로 표현될 수 있다. 도광판 내에 입사된 광이 주기적인 구조물을 만나는 경우, 광의 회절에 의하여 서로 다른 방향의 빔으로 분할되어 사용자에게 보일 수 있다.
디스플레이를 통하여 사용자에게 원하는 이미지를 왜곡 없이 보이도록 하기 위하여, 도광판에 입사되는 광이 디스플레이 상에서 일정한 세기로 출력되도록 도광판의 미세 구조물을 형성하기 위한 방법의 연구가 필요하다.
국내 등록 공보: KR 10-1131101 B1
본 발명은 파라데이 상자를 이용한 플라즈마 식각 방법을 제공하고자 한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 하기의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시상태는, 플라즈마 식각 장치 내에, 메쉬부가 상면에 구비된 파라데이 상자를 구비하는 단계; 개구부를 가지는 금속 마스크가 일면 상에 구비된 석영 기재를 상기 파라데이 상자 내에 구비하는 단계; 및 플라즈마 식각을 이용하여 상기 석영 기재를 식각하는 패터닝 단계;를 포함하고, 상기 파라데이 상자의 바닥면은 상기 금속 마스크 보다 낮은 이온화 경향을 가지는 금속을 포함하는 것인, 파라데이 상자를 이용한 플라즈마 식각 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 식각 방법에 따르면, 플라즈마 식각을 통한 석영 기재의 식각시 식각부의 바닥면에 발생하는 침상 구조물의 형성을 최소화할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시상태에 따른 식각 방법에 따르면, 파라데이 상자의 바닥면의 금속 재질과 금속 마스크의 금속 재질을 적절하게 선택하는 간단한 방법으로 식각부의 바닥면에 형성되는 침상 구조물의 형성을 효과적으로 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 식각 방법에 따르면, 한 번의 식각 공정을 통하여, 기재 상에 서로 다른 경사 패턴부를 동시에 형성할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 식각 방법에 따르면, 간단한 공정으로 우수한 정밀도를 가지는 회절 격자 도광판용 몰드 기재를 제조할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 식각 방법에 따르면, 석영 기재 상에 균일한 기울기로 경사 패턴을 형성할 수 있으며, 나아가, 경사 패턴이 깊이 구배를 가지도록 조절할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시상태에 따른 식각 방법을 모식화한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시상태에 따른 제조방법에 따라 제조된 패터닝된 석영기재를 이용하여 제조된 회절 격자 도광판의 일 예를 도시한 것이다.
도 3은 상기 참고예 1 및 참고예 2에 따른 파라데이 상자의 고식각 영역을 확인하는 단계를 위한 모식도를 나타낸 것이다.
도 4는 참고예 1 및 참고예 2에 따른 파라데이 상자의 고식각 영역을 나타낸 것이다.
도 5는 실시예 1 내지 2, 및 비교예 1 내지 2에 따른 경사 식각 시의 위치별 수직 방향의 식각 깊이를 나타낸 것이다.
도 6a 및 도 6b는 실시예 1에 따라 식각된 유리 기재의 식각부를 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 이미지이다.
도 7a 내지 도 7d는 실시예 2에 따라 식각된 유리 기재의 식각부를 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 이미지이다.
도 8a 내지 도 8c는 비교예 1에 따라 식각된 유리 기재의 식각부를 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 이미지이다.
도 9a 및 도 9b는 비교예 2에 따라 식각된 유리 기재의 식각부를 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 이미지이다.
도 10은 도 5에 따른 데이터를 침상 구조물이 발생하는 식각 속도(etch rate) 및 침상 구조물이 발생하는 구간으로 전환한 그래프를 나타낸 것이다.
도 11은 실시예 1, 실시예 3 내지 4 및, 비교예 3에 따른 경사 식각 시의 위치별 수직 방향의 식각 깊이를 침상 구조물이 발생하는 식각 속도(etch rate) 및 침상 구조물이 발생하는 구간으로 전환한 그래프를 나타낸 것이다.
도 12a 내지 도 12c는 비교예 3에 따라 식각된 유리 기재의 식각부를 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 이미지이다.
도 13a 및 도 13b는 실시예 3에 따라 식각된 유리 기재의 식각부를 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 이미지이다.
도 14a 내지 도 14d는 실시예 4에 따라 식각된 유리 기재의 식각부를 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 이미지이다.
본 명세서에 있어서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에 있어서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 명세서에 있어서, 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
본 발명에서의 파라데이 상자는 도체로 이루어진 밀폐공간을 의미하며, 플라즈마 내에 파라데이 상자를 설치하면 상자의 겉표면에 쉬스(sheath)가 형성되어 내부는 전기장이 일정한 상태로 유지된다. 이 때, 파라데이 상자의 윗면을 메쉬부로 형성하면 쉬스가 메쉬부의 표면을 따라서 형성된다. 그러므로, 파라데이 상자를 이용한 플라즈마 식각을 수행하는 경우, 메쉬부 표면에 수평으로 형성된 쉬스와 수직한 방향으로 가속된 이온은 파라데이 상자의 내부로 입사한 후, 입사할 때의 방향성을 유지하며 기재까지 도달하게 되어 기재를 식각하게 된다. 나아가, 본 발명에서의 파라데이 상자 내부의 기재 표면은 메쉬면에 대하여 수평 또는 경사진 상태로 고정되어 있고, 이온은 메쉬면에 수직한 방향으로 입사하므로 기재 표면에 대하여 수직 또는 경사진 방향으로의 식각이 가능하다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시상태에 따른 파라데이 상자는 상면이 전도성을 가지는 메쉬부로 구성된 전도체 상자일 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 플라즈마 식각의 식각 방향은 상기 파라데이 상자의 메쉬부 표면에 수직한 방향일 수 있다.
파라데이 상자를 이용한 플라즈마 식각의 경우, 메쉬부를 통과한 이온은 기재를 향하여 이동하는 동안 파라데이 상자의 내부에 존재하는 중성 입자들과 충돌하여 운동 에너지를 상실하게 되며, 이에 따라 이온의 밀도는 메쉬부의 거리에 반비례하는 경향을 가지게 된다. 즉, 이온이 입사되는 메쉬부에 가까울수록 높은 식각 속도를 나타내고, 메쉬부와 멀어질수록 낮은 식각 속도를 나타낸다. 기존의 파라데이 상자를 이용한 플라즈마 식각은 기재의 직경이 증가하는 경우, 또는 경사 식각에서 메쉬부와 기재 하단 거리가 지나치게 멀어지는 경우 식각 균일도 문제 때문에 제한적으로 사용될 수 밖에 없었다. 구체적으로, 기존의 파라데이 상자를 이용한 플라즈마 식각 시, 파라데이 상자의 위치별로 고식각 영역과 저식각 영역이 불규칙하게 혼재되어 식각시 정확도를 높이기 곤란하고, 이온의 진행거리가 길어지는 경우 이온 빔의 직경이 커지는 이온빔 분산효과 등의 한계가 존재하였다.
또한, 플라즈마 식각, 구체적으로 유도결합 플라즈마 반응성 이온 식각 장비(ICP-RIE)를 이용한 석영 기재의 식각 공정시 자가 마스킹 현상(self-masking mechanism)에 의하여 식각 영역 내에 낮은 반사율을 가지는 침상 구조물이 형성되는 문제점이 있다. 이와 같은 침상 구조물은 블랙 실리콘이라고도 통칭되며, 수십 내지 수백 nm 직경의 바늘 형상으로 식각 영역에 존재하게 되어, 석영 기재 표면의 반사율을 크게 저하시키고, 정밀한 식각에 방해가 되는 요소로 작용한다.
본 발명자들은 파라데이 상자를 이용한 플라즈마 식각에 대한 연구를 지속한 결과, 상기 침상 구조물의 발생을 억제할 수 있는 인자들을 발견하여, 하기와 같은 발명을 도출하게 되었다.
이하, 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시상태는, 플라즈마 식각 장치 내에, 메쉬부가 상면에 구비된 파라데이 상자를 구비하는 단계; 개구부를 가지는 금속 마스크가 일면 상에 구비된 석영 기재를 상기 파라데이 상자 내에 구비하는 단계; 및 플라즈마 식각을 이용하여 상기 석영 기재를 식각하는 패터닝 단계;를 포함하고,
상기 파라데이 상자의 바닥면은 상기 금속 마스크 보다 낮은 이온화 경향을 가지는 금속을 포함하는 것인, 파라데이 상자를 이용한 플라즈마 식각 방법을 제공한다.
본 발명자들은 파라데이 상자를 이용한 플라즈마 식각에 대한 연구를 지속한 결과, 파라데이 상자의 바닥면의 재질과 패터닝을 위한 금속 마스크 재질의 이온화 경향 차이에 따라 식각 대상인 석영 기재에 발생하는 침상 구조물의 형성을 제어할 수 있는 것을 발견하였다. 구체적으로, 본 발명자들은 파라데이 상자의 바닥면의 재질의 이온화 경향이 금속 마스크 재질의 이온화 경향보다 낮아야, 석영 기재의 패터닝시 침상 구조물의 발생을 최소화할 수 있다는 것을 발견하였다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 석영 기재는 유리 또는 실리콘 웨이퍼일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 파라데이 상자의 바닥면은 상기 금속 마스크의 표준환원전위보다 1 V 이상 높은 금속을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 파라데이 상자의 바닥면은 상기 금속 마스크의 표준환원전위보다 1 V 이상 높은 금속으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 파라데이 상자의 바닥면을 구성하는 금속의 평균 표준환원 전위는 상기 금속 마스크의 표준환원전위보다 1 V 이상 높을 수 있다. 상기 파라데이 상자의 바닥면을 구성하는 금속의 평균 표준환원전위는 상기 파라데이 상자의 바닥면을 구성하는 금속의 함량과 표준환원전위를 고려하여 계산될 수 있다. 예를 들어, 18 wt%의 Cr, 8 wt%의 Ni 및 74 wt%의 Fe로 이루어진 SUS304의 경우, 평균표준환원전위는 -0.333 V일 수 있다. 참고로, Cr의 표준환원전위는 -0.74 V, Fe의 표준환원전위는 -0.45 V, Ni의 표준환원전위는 -0.26 V, Al의 표준환원전위는 -1.66 V, Cu의 표준환원전위는 0.34 V이다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 파라데이 상자의 바닥면은 상기 금속 마스크의 표준환원전위보다 1 V 이상, 1.5 V 이상, 또는 1.9 V 이상 높은 금속을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 파라데이 상자의 바닥면을 구성하는 금속의 평균 표준환원전위는 상기 금속 마스크의 표준환원전위보다 1 V 이상, 1.5 V 이상, 또는 1.9 V 이상 높은 것일 수 있다.
상기 파라데이 상자의 바닥면에 포함되는 금속의 표준환원전위가 상기와 같은 경우, 석영 기재의 패터닝시 침상 구조물의 발생이 최소화되고, 나아가 발생되는 침상 구조물의 크기가 최소화될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 금속 마스크는 알루미늄 및 크롬 중 적어도 1종을 포함한다. 구체적으로, 상기 금속 마스크는 알루미늄으로 이루어진 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 파라데이 상자의 바닥면은 철, 니켈 및 구리 중 적어도 1종을 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 파라데이 상자의 바닥면은 구리 또는 철, 크롬 및 니켈의 합금인 스테인리스 강 소재의 금속판일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 금속 마스크는 알루미늄 소재의 마스크이고, 상기 파라데이 상자의 바닥면은 구리 소재 또는 SUS304 스테인리스 강 소재의 금속판일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 금속 마스크는 알루미늄 및 크롬 중 적어도 1종을 포함하고, 상기 파라데이 상자의 바닥면은 구리를 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 금속 마스크는 순도 95 % 이상의 알루미늄으로 형성된 것이고, 상기 파라데이 상자의 바닥면은 순도 95 % 이상의 구리판일 수 있다.
본원 발명과 같이, 파라데이 상자의 바닥면 재질의 이온화 경향이 금속 마스크 재질의 이온화 경향보다 낮은 경우, 및/또는 파라데이 상자의 바닥면 재질의 표준환원전위가 금속 마스크 재질의 표준환원전위보다 1 V 이상 높은 경우, 석영 기재의 패터닝시 침상 구조물의 발생이 현저하게 억제되고, 발생되는 침상 구조물의 크기를 현저히 작게 억제할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 패터닝 단계는, 상기 플라즈마 식각 장치의 출력을 0.75 kW 이상 4 kW 이하로 조절하는 것을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 플라즈마 식각 장치의 출력은 0.75 kW 이상 3 kW 이하, 0.75 kW 이상 1.5 kW 이하, 또는 0.75 kW 이상 1 kW 이하로 조절될 수 있다.
상기 플라즈마 식각 장치의 출력을 상기 범위 내로 조절하는 경우, 석영 기재를 패터닝하는 경우에 발생하는 침상 구조물의 형성을 보다 억제하고, 발생되는 침상 구조물의 크기를 현저히 작게 억제할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 패터닝 단계는, 상기 플라즈마 식각 장치에 반응성 가스 및 산소 가스를 포함하는 혼합 가스를 10 sccm 이상 75 sccm 이하로 공급하는 것을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 패터닝 단계는, 상기 플라즈마 식각 장치에 상기 혼합 가스를 15 sccm 이상 75 sccm 이하, 25 sccm 이상 70 sccm 이하, 30 sccm 이상 70 sccm 이하, 40 sccm 이상 60 sccm 이하, 또는 45 sccm 이상 55 sccm 이하로 공급하는 것을 포함할 수 있다.
상기 반응성 가스의 공급 유량을 상기 범위로 조절하는 경우, 석영 기재를 패터닝하는 경우에 발생하는 침상 구조물의 형성을 보다 억제하고, 발생되는 침상 구조물의 크기를 현저히 작게 억제할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 반응성 가스는 플라즈마 식각시 사용하는 일반적인 반응성 가스를 사용할 수 있다. 예를 들어, SF6, CHF3, C4F8, CF4, 및 Cl2 등의 가스를 이용할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 패터닝 단계는, 상기 플라즈마 식각 장치에 반응성 가스 및 산소 가스를 포함하는 혼합 가스를 공급하되, 상기 혼합 가스의 총 유량 중 산소 가스 유량의 함량은 1 % 이상 20 % 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 혼합 가스의 총 유량 중 산소 가스 유량의 함량은 1 % 이상 15 % 이하, 1 % 이상 10 % 이하, 또는 1 % 이상 5 % 이하 일 수 있다.
상기 혼합 가스 유량 중의 산소 유량의 함량이 상기 범위 내인 경우, 석영 기재를 패터닝하는 경우에 발생하는 침상 구조물의 형성을 보다 억제하고, 발생되는 침상 구조물의 크기를 현저히 작게 억제할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 패터닝된 석영 기재의 식각부의 바닥면은 침상 구조물의 높이가 50 ㎚ 이하로 제어된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 패터닝된 석영 기재의 식각부의 바닥면은 침상 구조물의 직경이 50 ㎚ 이하로 제어된 것일 수 있다.
일반적인 파라데이 상자를 이용한 플라즈마 식각시, 석영 기재의 식각부에는 100 ㎚ 이상의 높이 및 50 ㎚ 이상의 직경을 가지는 침상 구조물이 형성되어 패터닝의 정밀도가 저하될 수 있다. 이에 반하여, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 식각 방법은 금속 마스크의 재질 및 파라데이 상자의 바닥면 재질을 조절하여, 식각시 발생되는 침상 구조물의 형성을 방지하거나, 또는 발생되는 침상 구조물의 높이 및 직경을 상기 범위 내로 억제할 수 있는 장점이 있다.
상기 파라데이 상자의 메쉬부는 플라즈마 식각시, 플라즈마와의 접촉면에서 자유전자를 끌어당겨 쉬스를 형성하게 할 수 있다. 나아가, 상기 메쉬부는 음전하를 가지는 자유전자를 가속시키기 위하여는 전도성을 가질 수 있다.
나아가, 상기 메쉬부는 상기 패러데이 상자의 일 면에 평탄하게 구비될 수 있으며, 굴곡부가 있는 경우 굴곡부에서의 식각속도가 국부적으로 달라질 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 메쉬부는 0.5 Ω/□ 이상의 면저항을 가지는 것일 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 메쉬부의 면저항은 0.5 Ω/□ 이상 100 Ω/□ 이하일 수 있다.
상기 메쉬부의 면저항이 0.5 Ω/□ 이상인 경우, 플라즈마 식각시 파라데이 상자 내 고식각 영역과 저식각 영역이 일정하게 형성될 수 있다. 또한, 상기 메쉬부의 면저항이 0.5 Ω/□ 미만인 경우, 플라즈마 식각 시 파라데이 상자의 위치별 식각 속도가 불규칙하게 형성되어, 정밀한 식각을 수행하기 곤란한 문제가 있다. 나아가, 상기 메쉬부의 면저항은 0.5 Ω/□ 이상이면, 파라데이 상자 내 고식각 영역과 저식각 영역이 일정하게 형성될 수 있으며, 면저항이 100 Ω/□ 를 초과하는 경우 효과의 상승은 미미하고, 제조 비용의 증가만 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 메쉬부는 금속 메쉬 상에 불화탄소 라디칼이 흡착된 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 불화탄소 라디칼은 -CF, -CF2, -CF3 또는 -C2Fx(x = 1 내지 5의 정수)일 수 있다. 구체적으로, 상기 패러데이 상자의 상기 메쉬부는 플라즈마 식각시 F 라디칼에 의한 식각 및 표면 중합에 의하여 불화탄소 라디칼이 메쉬부에 흡착될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 메쉬부는 금속과 같은 전도성을 가지는 물질 상에 상기 불화탄소 라디칼이 흡착되어, 상기와 같은 면저항을 나타낼 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 메쉬부는 스테인리스 재질의 메쉬를 사용할 수 있다. 구체적으로, SU304 재질의 #200(피치 125 ㎛, 와이어 직경 50 ㎛, 개구율 36%) 상용 메쉬를 사용할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 메쉬부는 Al, Cu, W, Ni, Fe 및 이들 중 적어도 2종을 포함하는 합금을 재료로 하는 것일 수 있다. 나아가, 상기 메쉬의 공극률 및 격자 크기는 식각의 용도에 따라 자유롭게 조절될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 파라데이 상자의 바닥면에 샘플 기재를 구비하고, 평면 플라즈마 식각을 수행하여, 상기 파라데이 상자 내의 고식각 영역을 확인하는 단계; 및 경사면을 가지는 지지대를 준비하고, 상기 경사면의 하부 영역을 상기 파라데이 상자의 고식각 영역에 위치시키는 지지대 정렬 단계;를 더 포함하고, 상기 석영 기재를 상기 파라데이 상자 내에 구비하는 단계는, 상기 지지대의 경사면 상에 상기 석영 기재를 구비하는 것일 수 있다.
상기 파라데이 상자 내의 고식각 영역을 확인하는 단계는, 상기 파라데이 상자의 바닥 면에 샘플 기재를 구비한 후 플라즈마 식각을 이용한 평면 식각을 수행한 후, 식각된 샘플 기재를 검사하여 파라데이 상자 내의 고식각 영역과 저식각 영역의 분포를 확인하는 것일 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 파라데이 상자는 0.5 Ω/□ 이상의 면저항을 가지는 메쉬부를 구비함으로써, 파라데이 상자 내 고식각 영역과 저식각 영역이 일정하게 형성될 수 있으며, 상기 파라데이 상자 내의 고식각 영역을 확인하는 단계를 통하여, 일정하게 형성되는 고식각 영역을 확인할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 고식각 영역은 상기 샘플 기재 상에 선형으로 나타나는 것일 수 있다. 상기 고식각 영역은 파라데이 상자의 하부 면에 대하여 폭이 좁은 직선 또는 곡선 영역으로 나타나는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 파라데이 상자 내의 고식각 영역을 확인하는 단계 이후, 상기 샘플 기재를 상기 파라데이 상자에서 제거할 수 있다.
상기 샘플용 기재는 플라즈마 식각 시 영역별 식각 속도를 확인할 수 있는 것이라면 제한 없이 적용할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 지지대의 경사면 하부 영역을 상기 고식각 영역에 위치시키는 경우, 하기 패터닝 단계에서의 식각률은 상기 경사면의 상부 영역에서 하부 영역으로 감소하다가 반전하여 증가하는 경향성을 나타내게 된다. 구체적으로, 상기 파라데이 상자의 메쉬면과 가까이 위치하는 지지대의 경사면 상부 영역은 높은 식각률을 나타내고, 하부 영역으로 갈수록 식각률은 점차 낮아지게 된다. 나아가, 상기 지지대의 하부 영역은 고식각 영역에 위치하므로, 식각률은 반전하여 점차 증가하는 경향성을 가지게 된다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 석영 기재는 상기 지지대의 경사면 상에 구비되어, 전술한 식각률의 경향성을 이용한 식각의 대상이 될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 패터닝 단계는, 상기 석영 기재의 일 측에 제1 경사 패턴부 및 상기 석영 기재의 타 측에 제2 경사 패턴부를 동시에 형성하는 것이고, 상기 제1 경사 패턴부는 깊이 구배를 가지는 경사 홈 패턴을 포함하고, 상기 제2 경사 패턴부는 0 ㎚ 내지 50 ㎚의 깊이 편차를 가지는 경사 홈 패턴을 포함하는 것일 수 있다.
상기 제1 경사 패턴부는 상기 경사면의 상부 측에 구비된 상기 몰드용 기재의 일면 상에 구비되고, 상기 제2 경사 패턴부는 상기 경사면의 하부 측에 구비된 상기 몰드용 기재의 일면 상에 구비된 것일 수 있다. 또한, 상기 제1 경사 패턴부는 상기 경사면의 하부 측에 구비된 상기 몰드용 기재의 일면 상에 구비되고, 상기 제2 경사 패턴부는 상기 경사면의 상부 측에 구비된 상기 몰드용 기재의 일면 상에 구비된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 플라즈마 식각은 유도결합 플라즈마 반응성 이온 식각 장비(ICP-RIE)를 이용할 수 있다. 구체적으로, 상기 패터닝 단계는 유도결합 플라즈마 반응성 이온 식각 장비 내부에 상기 파라데이 상자를 구비하여 수행되는 것일 수 있다. 또한, 상기 플라즈마 식각은 헬리콘 플라즈마 방식, 헬리칼 공명 플라즈마 방식, 전자공명 플라즈마 방식들도 적용 가능하다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 패터닝 단계에서의 식각률은 상기 경사면의 상부 영역에서 하부 영역으로 감소하다가 반전하여 증가할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 패터닝 단계에서의 식각 방향은 상기 파라데이 상자의 하면에 수직한 방향일 수 있다. 상기 패터닝 단계에서의 식각 방향은 상기 파라데이 상자의 하면에 수직 방향이므로, 상기 경사면을 가지는 지지대를 이용하여 제1 경사 패턴부 및 제2 경사 패턴부를 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 지지대의 경사각은 0 ° 이상 60 ° 이하, 또는 35 ° 이상 45 ° 이하 일 수 있다. 상기 지지대의 경사각을 조절함으로써, 상기 제1 경사 패턴부 및 상기 제2 경사 패턴부의 경사각을 조절할 수 있다.
상기 지지대의 경사각을 상기 범위로 조절함으로서, 상기 제1 경사 패턴부 및 상기 제2 경사 패턴부의 패턴의 평균 경사각을 0 °내지 55 °, 또는 30 ° 내지 40 °로 조절할 수 있다. 예를 들어, 상기 지지대의 경사각을 35 °로 조절하는 경우, 상기 제1 경사 패턴부 및 상기 제2 경사 패턴부의 패턴의 최소 경사각은 27 °, 최대 경사각은 36 °, 평균 경사각은 33 °로 조절될 수 있다. 또한, 상기 지지대의 경사각을 40 °로 조절하는 경우, 상기 제1 경사 패턴부 및 상기 제2 경사 패턴부의 패턴의 최소 경사각은 32 °, 최대 경사각은 40 °, 평균 경사각은 36 °로 조절될 수 있다.
본 발명은 파라데이 상자의 메쉬부의 면저항을 조절하여, 상기 파라데이 상자 내의 플라즈마 식각 속도의 경향성을 조절할 수 있으며, 상기 경사면을 가지는 지지대의 위치를 조절하여, 상기 제1 경사 패턴부와 제2 경사 패턴부를 한번의 공정을 통하여 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 금속 마스크는 상기 제1 경사 패턴부 및 상기 제2 경사 패턴부를 형성하기 위한 것일 수 있으며, 상기 마스크의 개구 패턴부는 상기 제1 경사 패턴부와 상기 제2 경사 패턴부에 대응되는 영역일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 경사 패턴부는 깊이 구배를 가지는 경사 홈 패턴을 포함할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 경사 패턴부는 상기 식각률이 반전하여 증가하기 전의 영역, 또는 상기 식각률이 반전한 후 증가하는 영역에서 형성되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 경사 패턴부는 홈 패턴의 깊이가 점진적으로 증가 또는 감소하는 영역을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 경사 패턴부가 상기 지지대의 경사면의 상부 측에서 형성되는 경우, 상기 석영 기재의 중심 영역으로 갈수록 홈 패턴의 깊이가 점진적으로 감소할 수 있다. 또한, 상기 제1 경사 패턴부가 상기 지지대의 경사면의 하부 측에서 형성되는 경우, 상기 석영 기재의 중심 영역으로 갈수록 홈 패턴의 깊이가 점진적으로 감소할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 경사 패턴부의 경사 홈 패턴의 최소 깊이와 최대 깊이의 차이는 100 ㎚ 이상 200 ㎚ 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 경사 패턴부는 0 ㎚ 내지 50 ㎚의 깊이 편차를 가지는 경사 홈 패턴을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 경사 패턴부는 상대적으로 좁은 영역에 형성되어, 홈 패턴의 깊이가 일정할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 경사 패턴부의 경사 홈 패턴의 깊이는 상기 제1 경사 패턴부의 경사 홈 패턴 최대 깊이의 70 % 내지 130 % 일 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 경사 패턴부의 경사 홈 패턴의 깊이는 상기 제1 경사 패턴부의 경사 홈 패턴 최대 깊이의 80 % 내지 120 % 일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 경사면 최상부의 식각 속도와 상기 경사면 최하부의 식각 속도의 차이는 30 % 이내일 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 경사면 최상부의 식각 속도와 상기 경사면 최하부의 식각 속도의 차이는 20 % 이내일 수 있다.
구체적으로, 상기 패터닝 단계에서의 식각 속도는 상기 지지대의 경사면 상부 및 하부에 높은 식각 속도를 나타내므로, 상기 제2 경사 패턴부의 경사 홈 패턴의 깊이와 상기 제1 경사 패턴부의 경사 홈 패턴 최대 깊이를 유사하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시상태에 따른 식각 방법을 모식화한 것이다. 구체적으로, 도 1은 파라데이 상자 내에 경사면을 가지는 지지대를 구비한 후, 경사면 상에 석영 기재를 구비하고 플라즈마 식각을 이용하여 기재 상에 패터닝하는 것을 도시한 것이다. 도 1에서 나타낸 바와 같이, 지지대의 경사면 상부와 하부는 높은 식각 속도를 가지고 있으며, 경사면의 중간부는 상대적으로 낮은 식각 속도를 가지고 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 경사 패턴부는 회절 격자 도광판에서 광이 입사하는 영역에 대응되는 영역일 수 있다. 또한, 상기 제1 경사 패턴부는 회절 격자 도광판에서 광이 추출되는 영역에 대응되는 것일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시상태에 따른 제조방법에 따라 제조된 패터닝된 석영기재를 이용하여 제조된 회절 격자 도광판의 일 예를 도시한 것이다. 구체적으로, 도 2는 상기 패터닝된 석영 기재를 이용하여 제조된 회절 격자 도광판을 도시한 것으로서 회절 격자 도광판의 제1 경사 홈부 패턴에 대응되는 영역에 광이 입사 한 후, 제2 경사 홈부 패턴에 대응되는 영역으로 광이 추출되어 사용자에게 디스플레이 정보가 제공되는 것을 도시한 것이다. 상기 제2 경사 홈부 패턴에 대응되는 영역은 경사 패턴 구조물이 높이 구배를 가지고 있으므로, 위치에 따라 일정한 광이 추출될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 패터닝된 상기 석영 기재는 회절 격자 도광판용 몰드 기재일 수 있다. 구체적으로, 상기 패터닝 단계는, 상기 석영 기재에 회절 격자 패턴을 형성하는 것일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 회절 격자 패턴은 전술한 제1 경사 패턴부 및 제2 경사 패턴부일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태는, 상기 파라데이 상자를 이용한 플라즈마 식각 방법을 이용하여 회절 격자 패턴이 형성된 석영 기재를 준비하는 단계; 상기 회절 격자 패턴이 형성된 석영 기재 상에 수지 조성물을 도포하는 단계; 상기 회절 격자 패턴이 구비된 면의 반대면 상에 투명 기재를 구비하는 단계; 상기 수지 조성물을 경화하여 회절 격자 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 석영 기재와 상기 회절 패턴을 분리하여 회절 격자 도광판을 형성하는 단계를 포함하는 회절 격자 도광판의 제조방법을 제공한다.
상기 수지 조성물은 당 업계에서 일반적으로 사용되는 수지 조성물이라면 제한 없이 사용할 수 있다. 나아가, 상기 수지 조성물을 도포하는 단계는 스핀 코팅, 딥 코팅, 드롭 캐스팅 등 당업계에서 일반적으로 사용되는 코팅 방법을 이용하여 수행될 수 있다.
상기 회절 격자 도광판의 제조방법은 전술한 파라데이 상자를 이용한 플라즈마 식각 방법으로 패터닝된 석영 기재를 사용하는 것을 제외하고는, 일반적인 패턴층을 형성하는 방법이 적용될 수 있다.
상기 회절 격자 도광판은 직접 회절 격자 도광판으로 사용될 수 있다. 또한, 상기 회절 격자 도광판을 중간 몰드로 이용하여, 이를 복제하는 방법으로 최종 생산품을 제조할 수도 있다. 구체적으로, 상기 제조된 회절 격자 도광판을 중간 몰드로 하여 회절 격자 도광판용 몰드를 제조한 후, 회절 격자 도광판을 제조하는 경우, 중간 몰드로 사용된 회절 격자 도광판의 격자 패턴의 기울기가 반전된 것을 얻을 수 있다. 나아가, 격자 패턴의 기울기가 반전된 회절 격자 도광판을 중간 몰드로 이용하여 회절 격자 도광판용 몰드를 제조한 후, 회절 격자 도광판을 제조하는 경우, 최초의 회절 격자 도광판과 동일한 방향의 격자 패턴을 구현할 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 기술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
[ 참고예 1]
메쉬부의 면저항이 메쉬부의 면저항이 0.5605 Ω/□이고, 바닥면이 스테인리스(SUS304) 플레이트인 파라데이 상자를 준비하였다. 그리고, 유도결합 플라즈마 반응성 이온 식각 장비(ICP-RIE)(Oxford社 plasmaLab system100) 내에 상기 파라데이 상자를 구비한 후, 평면 식각을 수행하여 파라데이 상자 내의 고식각 영역을 확인하였다.
[ 참고예 2]
메쉬부의 면저항이 메쉬부의 면저항이 0.23 Ω/□이고, 바닥면이 스테인리스(SUS304) 플레이트인 파라데이 상자를 준비하였다. 그리고, 유도결합 플라즈마 반응성 이온 식각 장비(ICP-RIE)(Oxford社 plasmaLab system100) 내에 상기 파라데이 상자를 구비한 후, 평면 식각을 수행하여 파라데이 상자 내의 고식각 영역을 확인하였다.
도 3은 상기 참고예 1 및 참고예 2 에 따른 파라데이 상자의 고식각 영역을 확인하는 단계를 위한 모식도를 나타낸 것이다.
나아가, 참고예 1 및 참고예 2에 따른 파라데이 상자의 메쉬부의 면저항 측정 시의 조건 및 면저항 결과는 하기 표 1과 같았다.
참고예 1 참고예 2
V (V) 0.2 0.2
I (A) 0.223 0.54
R (Ω) 0.8969 0.37
Rs (Ω/□) 0.5605 0.23
도 4는 참고예 1 및 참고예 2에 따른 파라데이 상자의 고식각 영역을 나타낸 것이다. 구체적으로, 도 4는 유도결합 플라즈마 반응성 이온 식각 장비(ICP-RIE) 내에 참고예 1 및 참고예 2에 따른 파라데이 상자를 각각 구비한 후, 평면 식각을 수행하여 파라데이 상자 내의 고식각 영역을 나타낸 것이다. 도 4에서 밝은 영역은 고식각 영역을 의미한다. 낮은 면저항 값을 가지는 메쉬부를 구비한 참고예 2에 따른 파라데이 상자의 경우, 고식각 영역이 매우 불규칙적이고, 넓은 영역에 분포되어 있는 것을 확인할 수 있다. 이에 반하여, 0.5 Ω/□ 이상의 면저항 값을 가지는 메쉬부를 구비한 참고예 1에 따른 파라데이 상자의 경우, 폭이 좁은 선형의 고식각 영역이 나타나는 것을 확인할 수 있다.
[실시예 1]
두께 2 ㎜의 유리 기재 상에 Al을 증착하여 Al층을 형성하였다. 나아가, Al층 상에 포토레지스트를 스핀 코팅한 후, 405 ㎚의 피치를 가지는 포토 마스크를 사용하여 UV경화로 포토레지스트를 현상한 후, Al층을 선택적으로 식각하여 유리 기재 상에 Al 금속 마스크를 형성하였다.
상기 참고예 1에 따른 상기 파라데이 상자 내에 40 °의 경사를 가지는 Al 재질의 지지대를 설치한 후, 상기 Al 금속 마스크가 구비된 유리 기재를 상기 지지대 상에 구비하였다.
그리고, ICP-RIE(Oxford社 plasmaLab system100)을 이용하여 플라즈마 식각을 수행하였으며, 반응성 가스로서, O2 및 C4F8을 5:45의 비율로 혼합하여 50 sccm의 유속으로 공급하였다. 또한, 식각 조건으로서, ICP power 2 kW, 작동 압력 7 내지 10 mTorr로 하여 3분간 식각하였다.
[실시예 2]
파라데이 상자의 바닥면을 SUS304 플레이트가 아닌 Cu 플레이트를 적용한 것을 제외하고, 비교예 1과 동일한 방법으로 유리 기재를 식각하였다.
[비교예 1]
파라데이 상자의 바닥면을 SUS304가 아닌 Al 플레이트를 적용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 유리 기재를 식각하였다.
[비교예 2]
파라데이 상자의 바닥면을 SUS304가 아닌 유리(SiO2)를 적용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 유리 기재를 식각하였다.
도 5는 실시예 1 내지 2, 및 비교예 1 내지 2에 따른 경사 식각 시의 위치별 수직 방향의 식각 깊이를 나타낸 것이다. 도 5의 가로축은 메쉬면에 가까이 위치하는 유리 기재의 일 측으로부터 타 측까지의 거리를 의미하고, 세로축은 위치별로 식각된 수직 깊이를 나타낸 것이다. 도 5에서, 실시예 1 내지 2, 및 비교예 1 내지 2 각각의 데이터에서 원형으로 표시된 것은 침상 구조물이 발견되는 구간을 표시한 것이다. 또한, 도 5에서, 각 그래프의 원으로 표시된 것은 침상 구조물이 형성되는 구간을 의미하는 것으로서, 예를 들어, 비교예 1 및 2의 경우, 식각 영역인 약 5 ㎜ 내지 약 55 ㎜ 구간 영역에서 모두 침상 구조물이 발생한 것을 의미한다.
도 6a 및 도 6b는 실시예 1에 따라 식각된 유리 기재의 식각부를 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 이미지이다. 구체적으로, 도 6a는 메쉬면에 가까이 위치하는 유리 기재의 일 측으로부터 약 55 ㎜ 거리에서의 식각부를 촬영한 이미지이며, 도 6b는 메쉬면에 가까이 위치하는 유리 기재의 일 측으로부터 약 40 ㎜ 거리에서의 식각부를 촬영한 이미지이다. 도 6a 및 도 6b에서의 부호는 도 5에서의 위치에 따른 부호와 동일한 위치를 나타내는 것이다.
도 7a 내지 도 7d는 실시예 2에 따라 식각된 유리 기재의 식각부를 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 이미지이다. 구체적으로, 도 7a는 메쉬면에 가까이 위치하는 유리 기재의 일 측으로부터 약 5 ㎜ 거리에서의 식각부를 촬영한 이미지이며, 도 7b는 메쉬면에 가까이 위치하는 유리 기재의 일 측으로부터 약 20 ㎜ 거리에서의 식각부를 촬영한 이미지이고, 7c는 메쉬면에 가까이 위치하는 유리 기재의 일 측으로부터 약 25 ㎜ 거리에서의 식각부를 촬영한 이미지이며, 7d는 메쉬면에 가까이 위치하는 유리 기재의 일 측으로부터 약 55 ㎜ 거리에서의 식각부를 촬영한 이미지이다. 도 7a 내지 도 7d에서의 부호는 도 5에서의 위치에 따른 부호와 동일한 위치를 나타내는 것이다.
도 8a 내지 도 8c는 비교예 1에 따라 식각된 유리 기재의 식각부를 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 이미지이다. 구체적으로, 도 8a는 메쉬면에 가까이 위치하는 유리 기재의 일 측으로부터 약 10 ㎜ 거리에서의 식각부를 촬영한 이미지이며, 도 8b는 메쉬면에 가까이 위치하는 유리 기재의 일 측으로부터 약 40 ㎜ 거리에서의 식각부를 촬영한 이미지이고, 8c는 메쉬면에 가까이 위치하는 유리 기재의 일 측으로부터 약 45 ㎜ 거리에서의 식각부를 촬영한 이미지이다. 도 8a 내지 도 8c에서의 부호는 도 5에서의 위치에 따른 부호와 동일한 위치를 나타내는 것이다.
도 9a 및 도 9b는 비교예 2에 따라 식각된 유리 기재의 식각부를 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 이미지이다. 구체적으로, 도 9a는 메쉬면에 가까이 위치하는 유리 기재의 일 측으로부터 약 15 ㎜ 거리에서의 식각부를 촬영한 이미지이며, 도 9b는 메쉬면에 가까이 위치하는 유리 기재의 일 측으로부터 약 45 ㎜ 거리에서의 식각부를 촬영한 이미지이다. 도 9a 및 도 9b에서의 부호는 도 5에서의 위치에 따른 부호와 동일한 위치를 나타내는 것이다.
나아가, 도 10은 도 5에 따른 데이터를 침상 구조물이 발생하는 식각 속도(etch rate) 및 침상 구조물이 발생하는 구간으로 전환한 그래프를 나타낸 것이다. 구체적으로, 도 10의 가로축은 도 5의 식각된 수직 깊에에 식각 시간인 3분을 나누어 환산된 식각 속도를 의미하고, 세로축은 유리 기재 내에 침상 구조물이 발생된 구간을 나타낸 것이다.
상기 도 5 내지 도 10을 참고하면, 비교예 1 및 2에 비하여, 실시예 1 및 2에 따른 경사 식각 시에 침상 구조물이 출현하는 식각 속도의 범위가 크게 좁아지고, 침상 구조물이 발생하는 구간을 크게 줄일 수 있는 것을 확인할 수 있다.
[비교예 3]
지지대의 재질을 테프론 고분자로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 유리 기재를 식각하였다.
[실시예 3]
지지대의 재질을 Cu로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 유리 기재를 식각하였다.
[실시예 4]
지지대의 재질을 Cu로 변경하고 파라데이 상자의 바닥면을 Cu 플레이트로 적용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 유리 기재를 식각하였다.
도 11은 실시예 1, 실시예 3 내지 4 및, 비교예 3에 따른 경사 식각 시의 위치별 수직 방향의 식각 깊이를 침상 구조물이 발생하는 식각 속도(etch rate) 및 침상 구조물이 발생하는 구간으로 전환한 그래프를 나타낸 것이다. 구체적으로, 도 11의 가로축은 영역별로 식각된 수직 깊이에 식각 시간인 3분을 나누어 환산된 식각 속도를 의미하고, 세로축은 유리 기재 내에 침상 구조물이 발생된 구간을 나타낸 것이다.
도 12a 내지 도 12c는 비교예 3에 따라 식각된 유리 기재의 식각부를 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 이미지이다. 구체적으로, 도 12a는 식각 속도가 약 45 ㎚/min에서의 식각부를 촬영한 이미지이며, 도 12b는 식각 속도가 약 60 ㎚/min에서의 식각부를 촬영한 이미지이고, 12c는 식각 속도가 약 80 ㎚/min에서의 식각부를 촬영한 이미지이다. 도 12a 내지 도 12c에서의 부호는 도 11에서의 식각 속도에 따른 부호와 동일한 위치를 나타내는 것이다.
도 13a 및 도 13b는 실시예 3에 따라 식각된 유리 기재의 식각부를 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 이미지이다. 구체적으로, 도 13a는 식각 속도가 약 60 ㎚/min에서의 식각부를 촬영한 이미지이며, 도 13b는 식각 속도가 약 100 ㎚/min에서의 식각부를 촬영한 이미지이다. 도 13a 및 도 13b에서의 부호는 도 11에서의 식각 속도에 따른 부호와 동일한 위치를 나타내는 것이다.
도 14a 내지 도 14d는 실시예 4에 따라 식각된 유리 기재의 식각부를 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 이미지이다. 구체적으로, 도 14a는 식각 속도가 약 30 ㎚/min에서의 식각부를 촬영한 이미지이며, 도 14b는 식각 속도가 약 60 ㎚/min에서의 식각부를 촬영한 이미지이고, 14c는 식각 속도가 약 70 ㎚/min에서의 식각부를 촬영한 이미지이며, 도 14d는 식각 속도가 약 110 ㎚/min에서의 식각부를 촬영한 이미지이다. 도 14a 내지 도 14d에서의 부호는 도 11에서의 식각 속도에 따른 부호와 동일한 위치를 나타내는 것이다.
구체적으로, 도 11 내지 도 14에 따르면, 지지대의 재질이 금속이 아닌 고분자인 비교예 3의 경우, 침상 구조물이 발생하는 구간이 넓게 분포하게 되며, 침상 구조물이 출현하는 식각 속도의 범위도 넓게 분포하는 것을 알 수 있다. 이에 반하여, 금속 마스크와 동일 또는 그 이상의 표준환원전위를 가지는 금속 재질의 지지대를 이용하는 경우, 비교예에 비하여 침상 구조물이 발생하는 구간 및 식각 속도의 범위가 현저하게 줄어든 것을 확인할 수 있다. 특히, 실시예 4와 같이, 지지대 및 파라데이 상자의 바닥면을 금속 마스크 재질의 표준환원전위보다 높은 Cu 재질로 적용하는 경우, 월등하게 침상 구조물의 출현을 억제할 수 있었다.

Claims (16)

  1. 플라즈마 식각 장치 내에, 메쉬부가 상면에 구비된 파라데이 상자를 구비하는 단계;
    개구부를 가지는 금속 마스크가 일면 상에 구비된 석영 기재를 상기 파라데이 상자 내에 구비하는 단계; 및
    플라즈마 식각을 이용하여 상기 석영 기재를 식각하는 패터닝 단계;를 포함하고,
    상기 파라데이 상자의 바닥면은 상기 금속 마스크 보다 낮은 이온화 경향을 가지는 금속을 포함하는 것인, 파라데이 상자를 이용한 플라즈마 식각 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 파라데이 상자의 바닥면은 상기 금속 마스크의 표준환원전위보다 1 V 이상 높은 금속을 포함하는 것인, 파라데이 상자를 이용한 플라즈마 식각 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 패터닝 단계는, 상기 플라즈마 식각 장치의 출력을 0.75 kW 이상 4 kW 이하로 조절하는 것을 포함하는 것인, 파라데이 상자를 이용한 플라즈마 식각 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 패터닝 단계는, 상기 플라즈마 식각 장치에 반응성 가스 및 산소 가스를 포함하는 혼합 가스를 10 sccm 이상 75 sccm 이하로 공급하는 것을 포함하는 것인, 파라데이 상자를 이용한 플라즈마 식각 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 패터닝 단계는, 상기 플라즈마 식각 장치에 반응성 가스 및 산소 가스를 포함하는 혼합 가스를 공급하되, 상기 혼합 가스의 총 유량 중 산소 가스 유량의 함량은 1 % 이상 20 % 이하인 것인, 파라데이 상자를 이용한 플라즈마 식각 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속 마스크는 알루미늄 및 크롬 중 적어도 1종을 포함하고, 상기 파라데이 상자의 바닥면은 구리를 포함하는 것인, 파라데이 상자를 이용한 플라즈마 식각 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 메쉬부는 0.5 Ω/□ 이상의 면저항을 가지는 것인, 파라데이 상자를 이용한 플라즈마 식각 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 메쉬부는 금속 메쉬 상에 불화탄소 라디칼이 흡착된 것인, 파라데이 상자를 이용한 플라즈마 식각 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 파라데이 상자의 바닥면에 샘플 기재를 구비하고, 평면 플라즈마 식각을 수행하여, 상기 파라데이 상자 내의 고식각 영역을 확인하는 단계; 및
    경사면을 가지는 지지대를 준비하고, 상기 경사면의 하부 영역을 상기 파라데이 상자의 고식각 영역에 위치시키는 지지대 정렬 단계;를 더 포함하고,
    상기 석영 기재를 상기 파라데이 상자 내에 구비하는 단계는, 상기 지지대의 경사면 상에 상기 석영 기재를 구비하는 것인, 파라데이 상자를 이용한 플라즈마 식각 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 패터닝 단계에서의 식각률은 상기 경사면의 상부 영역에서 하부 영역으로 감소하다가 반전하여 증가하는 것인, 파라데이 상자를 이용한 플라즈마 식각 방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 패터닝 단계는, 상기 석영 기재의 일 측에 제1 경사 패턴부 및 상기 석영 기재의 타 측에 제2 경사 패턴부를 동시에 형성하는 것이고,
    상기 제1 경사 패턴부는 깊이 구배를 가지는 경사 홈 패턴을 포함하고,
    상기 제2 경사 패턴부는 0 ㎚ 내지 50 ㎚의 깊이 편차를 가지는 경사 홈 패턴을 포함하는 것인, 파라데이 상자를 이용한 플라즈마 식각 방법.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 경사면 최상부의 식각 속도와 상기 경사면 최하부의 식각 속도의 차이는 30 % 이내인 것인, 파라데이 상자를 이용한 플라즈마 식각 방법.
  13. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1 경사 패턴부는 상기 식각률이 반전하여 증가하기 전의 영역, 또는 상기 식각률이 반전한 후 증가하는 영역에서 형성되는 것인, 파라데이 상자를 이용한 플라즈마 식각 방법.
  14. 청구항 9에 있어서,
    상기 지지대는 상기 금속 마스크의 표준환원전위 이상의 표준환원전위를 가지는 금속을 포함하는 것인, 파라데이 상자를 이용한 플라즈마 식각 방법.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 패터닝된 석영 기재의 식각부의 바닥면은 침상 구조물의 높이가 50 ㎚ 이하로 제어된 것인, 파라데이 상자를 이용한 플라즈마 식각 방법.
  16. 청구항 1에 있어서,
    패터닝된 상기 석영 기재는 회절 격자 도광판용 몰드 기재인 것인, 파라데이 상자를 이용한 플라즈마 식각 방법.
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