KR20210019117A

KR20210019117A - 성막 마스크의 제조 방법 및 성막 마스크

Info

Publication number: KR20210019117A
Application number: KR1020217003927A
Authority: KR
Inventors: 미치노부 미즈무라
Original assignee: 브이 테크놀로지 씨오. 엘티디
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2014-12-04
Publication date: 2021-02-19
Also published as: JP6357312B2; KR20160100392A; CN109112476B; CN105829572B; KR102236893B1; WO2015093304A1; US10337096B2; CN105829572A; TW201538762A; US20160281209A1; TWI645057B; US10626491B2; JP2015120947A; KR102265891B1; CN109112476A; US20190144988A1

Abstract

본 발명은 수지제의 필름(20)에 레이저 광(L)을 조사하여 평면에서 보았을 때 다각형인 개구 패턴(4)을 형성하는 성막 마스크의 제조 방법에 있어서, 상기 레이저 광이 투과하는 투광창(18)을 가지고, 이 투광창(18)의 외측에서, 이 투광창(18)의 적어도 한 대변의 측방 영역에서의 광 투과율을 상기 투광창의 가장자리부로부터 측방을 향하여 점차 감소시킨 빔 정형용 마스크(10)를 사용하여 정형된 레이저 광(L)을 상기 필름(20)에 조사하여 개구가 상기 필름(20)의 상기 레이저 광(L)의 조사면과는 반대측으로부터 상기 조사면측을 향하여 넓어지도록 경사진 적어도 한 쌍의 대향 측벽(4a)을 가진 개구 패턴(4)을 형성하는 것이다.

Description

성막 마스크의 제조 방법 및 성막 마스크{METHOD FOR MANUFACTURING FILM FORMING MASK AND FILM FORMING MASK}

본 발명은 수지제의 필름에 레이저 광을 조사하여 개구 패턴을 형성하는 성막 마스크의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 개구 패턴의 측벽의 경사 각도의 제어를 쉽게 할 수 있는 성막 마스크의 제조 방법 및 성막 마스크에 관한 것이다.

종래의 성막 마스크는 성막을 제작하는 패턴에 대응하는, 적어도 하나의 개구 패턴을 가진, 두께가 1㎛ 이상 50㎛ 이하인 마스크층이 있고, 그 마스크층 위에 상기 마스크층에 있는 개구 패턴을 막지 않고 자성체를 가진 것으로 되어 있었다 (예컨대, 특허 문헌 1 참조). 또한, 바람직하게는 상기 마스크층이 가지고 있는 개구 패턴은 자성체측의 표면을 향하여 개구가 넓어지도록 테이퍼 형상인 것이 좋다고 여겨졌다.

특허 문헌 1 : 일본공개특허공보 특개 2009-249706호

그러나, 이와 같은 종래의 성막 마스크에 있어서, 개구 패턴의 형성은, 예를 들면 개구 패턴과 상사형(相似形)의 단면 형상으로 정형된 레이저 광을 필름에 조사하여 형성하는 것이었기 때문에, 개구 패턴의 측벽의 경사 각도를 제어하기가 곤란하였다.

특히, 평면에서 보아서 직사각형의 개구 패턴의 두 쌍의 대향 측벽에서 한쪽의 대향 측벽과 다른 한쪽의 대향 측벽의 경사 각도를 다르게 할 수 없었다. 따라서, 종래의 방법에 의해 제조되는 성막 마스크를 사용하여, 기판을 한 방향으로 반송하면서 성막하려고 하면, 성막된 박막의 반송 방향과 교차하는 방향의 막 두께 분포가 동일한 방향의 개구 패턴의 가장자리에 의한 그늘(shadow)의 영향으로 불균일하게 되는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명은 이러한 문제점에 대처하여, 개구 패턴의 측벽의 경사 각도의 제어를 쉽게 할 수 있는 성막 마스크의 제조 방법 및 성막 마스크를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 성막 마스크의 제조 방법은 수지제의 필름에 레이저광을 조사하여 평면에서 보았을 때 다각형인 개구 패턴을 형성하는 성막 마스크의 제조 방법으로서, 상기 레이저 광이 투과하는 투광창이 있고, 이 투광창의 외측에서, 이 투광창의 적어도 한 대변의 측방 영역에 있어서의 광 투과율을, 상기 투광창의 가장자리부에서 측방을 향하여 점차 감소시킨 빔 정형용 마스크를 사용하여 정형된 레이저 광을 상기 필름에 조사함으로써 개구가 상기 필름의 상기 레이저 광의 조사면과는 반대측으로부터 상기 조사면측을 향하여 넓어지도록 경사진 적어도 한 쌍의 대향 측벽을 가진 개구 패턴을 형성하는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 성막 마스크는 시트상의 기재에 형성된 개구 패턴을 통하여 기판 위에 성막하기 위한 성막 마스크로서, 상기 개구 패턴은 개구가 상기 기재의 성막원과는 반대측으로부터 상기 성막원측을 향하여 넓어지는 복수 쌍의 대향 측벽을 가지고 있고, 이 복수 쌍의 대향 측벽의 경사 각도가 적어도 상기 성막원측에서 다른 것이다.

본 발명에 의하면, 필름에 레이저 가공된 개구 패턴의 개구가 레이저 광의 조사측을 향하여 넓어지도록 경사진 대향 측벽의 경사 각도를 쉽게 제어할 수 있다. 따라서, 개구 패턴의 개구가 성막원측을 향하여 넓어지는 복수 쌍의 대향 측벽을 가지고 있고, 이 복수 쌍의 대향 측벽의 경사 각도가 적어도 성막원측에서 다른 성막 마스크도 쉽게 제조할 수 있다. 그러므로 개구 패턴의 측벽이 성막의 그늘이 되는 것을 억제하여, 막 두께가 균일한 박막을 성막할 수 있다.

[도 1] 본 발명에 따른 성막 마스크의 일 실시 형태를 나타내는 도면이며, (a)는 평면도, (b)는 (a)의 O-O선 단면 화살표 방향에서 바라본 도면, (c)는 (a)의 P-P선 단면 화살표 방향에서 바라본 도면이다.
[도 2] 본 발명에 따른 성막 마스크의 개구 패턴을 형성시키기 위한 레이저 가공 장치의 하나의 구성예를 도시하는 정면도이다.
[도 3] 상기 레이저 가공 장치에 사용하는 빔 정형용 마스크의 하나의 구성예를 도시하는 도면이며, (a)는 평면도, (b)는 (a)의 일부 확대 평면도, (c)는 (b)에 대응하는 부분의 광 투과율을 나타내는 설명도, (d)는 (a)의 투광창을 투과한 레이저 광에 의하여 가공되는 개구 패턴의 대향 측벽의 경사 각도를 설명하는 단면도이다.
[도 4] 종래의 빔 정형용 마스크의 구성예를 도시하는 도면이며, (a)는 평면도, (b)는 (a)의 투광창을 투과한 레이저 광에 의하여 가공되는 개구 패턴의 대향 측벽의 경사 각도를 설명하는 단면도이다.
[도 5] 종래의 메탈 마스크를 사용한 증착을 도시하는 설명도이며, (a)는 증착원의 상대 이동 방향에 있어서의 증착막의 막 두께 분포를 나타내고, (b)는 증착원의 상대 이동 방향과 교차하는 방향에 있어서의 증착막의 막 두께 분포를 나타낸다.
[도 6] 도 4에 도시하는 빔 정형용 마스크를 사용하여 개구 패턴이 레이저 가공된 성막 마스크를 사용한 증착을 도시하는 설명도이며, (a)는 증착원의 상대 이동 방향에 있어서의 증착막의 막 두께 분포를 나타내고, (b)는 증착원의 상대 이동 방향과 교차하는 방향에 있어서의 증착막의 막 두께 분포를 나타낸다.
[도 7] 본 발명에 따른 성막 마스크를 사용한 증착을 나타내는 설명도이고, (a)는 증착원의 상대 이동 방향에 있어서의 증착막의 막 두께 분포를 나타내고, (b)는 증착원의 상대 이동 방향과 교차하는 방향에 있어서의 증착막의 막 두께 분포를 나타낸다.
[도 8] 본 발명에 따른 성막 마스크의 제조 방법에 있어서, 개구 패턴의 레이저 가공의 변형예를 나타내는 공정도이다.

이하, 본 발명의 실시 형태를 첨부 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 성막 마스크의 일 실시 형태를 나타내는 도면이며, (a)는 평면도, (b)는 (a)의 O-O선 단면 화살표 방향에서 바라본 도면, (c)는 (a) 의 P-P선 단면 화살표 방향에서 바라본 도면이다. 이 성막 마스크는 기판 위에 개구 패턴을 통해 성막하기 위한 것으로, 필름 마스크(1)와, 메탈 마스크(2)와, 금속 프레임(3)을 구비하여 구성되어 있다.

상기 필름 마스크(1)는 피성막 기판에 밀접시켜 사용되는 것이며, 피성막 기판 위에 박막 패턴을 성막하기 위한 메인 마스크가 되는 것으로, 예를 들면 두께가 10㎛ 내지 30㎛ 정도의, 예를 들면 폴리이미드나 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 등의 수지제의 필름에, 도 1(a)에 도시하는 바와 같이, 상기 박막 패턴에 대응하여 평면에서 보아 다각형(본 실시 형태에 있어서는 직사각형으로 표시)인 복수의 개구 패턴(4)을 가로세로 매트릭스 형태로 배치하여 구비하고 있다. 좋기로는 선팽창 계수가 피성막 기판 (이하, 단지 "기판"이라 한다)으로서의 유리의 선팽창 계수에 근사한 3×10^-6 내지 5×10^-6/℃ 정도인 폴리이미드가 바람직하다.

상세하게는, 상기 개구 패턴(4)은 개구가 상기 기판측으로부터 성막원측(메탈 마스크(2)측)을 향하여 넓어지도록 경사진 복수 쌍(예를 들면 2쌍)의 대향 측벽을 가지고 있고, 이 복수 쌍의 대향 측벽의 경사 각도가 도 1(b), (c)에 도시하는 바와 같이, 적어도 상기 성막원측(메탈 마스크(2)측)과 다른 것이다.

더 상세하게는, 본 발명의 성막 마스크가 기판을 한 방향으로 반송하면서 성막하는 성막 장치에 적용되는 것인 경우에는, 상기 기판의 반송 방향(도 1(a)의 화살표 A 방향(X축 방향과 동일))과 교차하는 방향(Y축 방향)에 대응한 대향 측벽의 경사 각도를 다른 대향 측벽의 경사 각도보다 크게 하는 것이 바람직하다.

상기 필름의 한 면에는, 메탈 마스크(2)가 적층되어 있다. 이 메탈 마스크(2)는 상기 개구 패턴(4)을 내포하는 크기의 관통 공(5)를 형성한, 예를 들면 두께가 30㎛ 내지 50㎛ 정도인, 예를 들면 니켈, 니켈 합금, 인바 또는 인바 합금 등의 자성 금속 재료의 시트이며, 필름 마스크(1)를 지지하는 서브 마스크가 되는 것이다.

상세하게는, 도 1(a)에 도시하는 바와 같이, 일렬로 배열된 복수의 개구 패턴(4)을 내포하는 크기의 슬릿 형상의 관통 공(5)이 복수 열 형성되어 있으며, 본 발명의 성막 마스크가 기판을 한 방향으로 반송하면서 성막하는 성막 장치에 적용되는 것인 경우에는, 슬릿 형상의 관통공(5)의 장축이 기판 반송 방향(화살표 A 방향)과 교차하도록 배치된다.

이 경우, 성막 마스크는 메탈 마스크(2)가 성막원측이 되도록 하여 기판 위에 설치되고, 기판 홀더에 내장된 자석에 의해 메탈 마스크(2)가 흡인되어, 필름 마스크(1)를 기판의 성막면에 밀착시킨다.

상기 메탈 마스크(2)의 상기 필름 마스크(1)의 반대측의 면에는 금속 프레임(3)이 설치되어 있다. 이 금속 프레임(3)은 상기 메탈 마스크(2)의 주연부를 고정하여 지지하는 것으로, 예를 들면 인바 또는 인바 합금 등으로 이루어지는 자성 금속 부재로 형성되어 있으며, 상기 메탈 마스크(2)의 복수 열의 관통공(5)을 내포하는 크기의 개구(6)를 가진 틀 모양을 이루고 있다. 또한, 프레임은 금속 프레임(3)에 한정되지 않고, 경질 수지로 이루어진 것이어도 좋으며, 본 실시 형태에 있어서는, 프레임은 금속 프레임(3)이다.

다음으로, 이와 같이 구성된 성막 마스크의 제조 방법에 대하여 설명한다.

먼저, 두께가 30㎛ 내지 50㎛ 정도인 예를 들면 인바 또는 인바 합금 등의 자성 금속 재료의 시트로부터 기판의 크기에 맞추어 미리 정해진 소정 크기의 메탈 시트를 잘라낸다.

다음으로, 상기 메탈 시트의 한 면에 예를 들면 폴리이미드 등의 수지액을 도포한 후, 이를 200℃ 내지 300℃ 정도의 온도에서 경화시켜, 두께가 10㎛ 내지 30㎛ 정도인 필름을 형성한다. 상기 필름은 가시광을 투과하는 것이어도 좋고 또는 가시광을 투과하지 않는 것이어도 좋으며, 특별히 한정되지 않지만, 여기에서는 필름이 가시광을 투과하는 것인 경우에 대하여 설명한다.

이어서, 메탈 시트의 다른 면에 포토 레지스트를 예를 들면 스프레이 도포한 후, 이를 건조시켜 레지스트 필름을 형성하고, 다음으로 포토 마스크를 사용하여 레지스트 필름을 노광한 후, 현상하고, 복수 열의 관통 공(5)의 형성 위치에 대응시켜 슬릿 형상의 복수 열의 개구부를 형성한 레지스트 마스크를 형성한다.

계속해서, 상기 레지스트 마스크를 사용하여 상기 메탈 시트를 습식 에칭하여, 레지스트 마스크의 상기 개구부에 대응한 부분의 메탈 시트를 제거하여 슬릿 형상의 복수 열의 관통공(5)를 형성하여 메탈 마스크(2)를 형성한 후, 레지스트 마스크를, 예를 들면 유기용제에 용해시켜 제거한다. 이로써 메탈 마스크(2)와 수지제의 필름을 적층한 마스크용 부재가 형성된다. 또한, 메탈 시트를 에칭하기 위한 에칭액은 사용하는 메탈 시트의 재료에 따라 적절하게 선택되며, 공지의 기술을 적용할 수 있다.

또한, 메탈 시트를 에칭하여 관통공(5)를 형성할 때에, 복수 열의 관통공(5)의 형성 영역 외의 미리 정해진 위치에 기판에 미리 형성된 기판측 얼라인먼트 마크에 대하여 위치 정렬하기 위한, 도 1(a)에 도시하는 마스크측 얼라인먼트 마크용의 관통공(25)을 동시에 형성하여도 좋다. 이 경우, 레지스트 마스크를 형성할 때에, 상기 관통공(25)에 대응한 위치에 얼라인먼트 마크용의 개구부를 형성하면 좋다.

마스크용 부재는 상기 방법에 의하지 않고 다른 방법으로 형성하여도 좋다. 예를 들면, 필름의 한 면에 시드층을, 예를 들면 무전해 도금에 의하여 형성하고, 그 위에 포토 레지스트를 도포하고 이를 노광 및 현상하여, 복수 열의 관통공(5)의 형성 위치에 대응시켜 복수 열의 섬 패턴을 형성한 후, 이 섬 패턴의 외측 영역에 니켈, 니켈 합금, 인바 또는 인바 합금 등의 자성 금속 재료를 도금 형성한다. 또한, 섬 패턴을 제거한 후 이 섬 패턴의 형성 위치의 시드층을 에칭하여 제거함으로써 마스크용 부재를 형성하여도 좋다.

이어서, 마스크용 부재는 메탈 마스크(2)측을 금속 프레임(3)측으로 하여 금속 프레임(3)의 한 단면에 팽팽하게 걸치고 고정시킨다. 마스크용 부재의 금속 프레임(3)에의 고정은 마스크용 부재의 주연 영역에 필름 마스크(1)측으로부터 레이저 광을 조사하여 메탈 마스크(2)와 금속 프레임(3)을 스폿 용접하여 실시하면 좋다.

이어서, 본 발명의 특징인 개구 패턴 형성 공정으로 넘어간다. 이 개구 패턴 형성 공정은 메탈 마스크(2)측으로부터 레이저 광(L)을 조사하여 메탈 마스크(2)의 복수 열의 관통공(5) 내의 필름에 각각 일렬로 배열하여 복수의 개구 패턴(4)을 형성하는 공정이다.

먼저, 개구 패턴 형성 공정에서 사용하는 레이저 가공 장치에 대하여, 도 2를 참조하여 설명한다.

상기 레이저 가공 장치는 XY 스테이지(7)와, 이 XY 스테이지(7)의 위쪽에 레이저 광(L)의 진행 방향의 상류로부터 하류를 향하여 레이저 광원(8)과, 커플링 광학계(9)와, 빔 정형용 마스크(10)와, 결상 렌즈(11)와, 대물 렌즈(12)를 이 순서대로 구비하고 있다. 또한 대물 렌즈(12)로부터 결상 렌즈(11)로 향하는 광로가 하프 미러(13)로 분기된 광로 위에 촬상 카메라(14)가 배치되고, 대물 렌즈(12)로부터 결상 렌즈(11)로 향하는 광로가 400nm 이하인 레이저 광(L)을 투과하여, 가시광을 반사하는 다이크로익 미러(15)로 분기된 광로 상에는 조명 광원(16)이 배치되어 있다.

여기서. XY 스테이지(7)는 윗면에 마스크용 부재(17)를 장착하여 XY 평면에 평행한 면 내를 XY 방향으로 이동하는 것으로, 도시를 생략한 제어 장치에 의하여 제어되고, 미리 입력하여 기억된 이동량만큼 스텝 이동하도록 되어 있다.

상기 레이저 광원(8)은 파장이 400nm 이하인 레이저 광(L)을 발생하는, 예를 들면 KrF248nm의 엑시머 레이저나, 1064nm의 제3 고조파나 제4 고조파의 레이저 광(L)을 방사하는 YAG 레이저이다.

또한, 상기 커플링 광학계(9)는 레이저 광원(8)으로부터 방사된 레이저 빔을 확장하는 빔 익스텐더와 레이저 광(L)의 휘도 분포를 균일하게 하여 후술하는 빔 정형용 마스크(10)에 조사하는 포토인테그레이터 및 콘덴서 렌즈를 포함하는 것이다.

상기 빔 정형용 마스크(10)는 마스크용 부재(17)에 조사되는 레이저 광(L)을 형성하고자 하는 개구 패턴(4)과 상사형의 단면 형상을 가진 레이저 빔으로 정형하여 사출하는 것으로, 개구 패턴(4)과 상사형의 복수의 투광창(18)을, 도 1(a)에 파선으로 둘러싸서 나타내는 미리 정해진 단위 영역 내에 위치하는 복수의 개구 패턴(4)의 배열 피치에 대하여, 미리 정해진 확대 배율로 배치하여 구비한 것으로, 투명한 유리 기판이나 석영 기판에 증착시킨 크롬(Cr) 등의 차광막에 상기 투광창(18)을 형성한 것이다.

상세하게는, 상기 빔 정형용 마스크(10)는 개구 패턴(4)과 상사형의 투광창(18)을 가지고, 이 투광창(18)의 외측에서, 이 투광창(18)의 적어도 한 쌍의 변의 측방 영역에 있어서의 광 투과율을, 상기 투광창(18)의 가장자리부로부터 측방을 향하여 점차 감소시킨 구성을 가지고 있다

더 상세하게는, 상기 빔 정형용 마스크(10)는, 도 3(a)에 도시하는 바와 같이, 투광창(18)의 Y축 방향에 대응하는 대변의 측방 영역의 차광막(19)에 투광창(18)의 가장자리부로부터 측방을 향하여 차광부와 투광부가 교호적으로 설치되는 동시에, 이 도 3(b)에 일부 확대하여 도시하는 바와 같이, 차광부의 폭을 투광창(18)의 가장자리부로부터 멀어질수록 서서히 넓힘으로써, Y축 방향(기판 반송 방향과 교차하는 방향에 상당)에 대응하는 대변의 측방 영역에 있어서의 광 투과율이 투광창(18)의 가장자리부로부터 멀어질수록 단계적으로 감소하도록, 도 3(c)에 도시하는 바와 같이 광 투과율에 그라데이션을 부여하였다. 이에 의하여, 이 도 3(d)에 도시하는 바와 같이, 필름(20)에 조사되는 레이저 광(L)의 광 강도는 개구 패턴(4)에 대응한 중앙 영역이 가장 강하고, 개구 패턴(4)의 가장자리부로부터 측방으로 멀어질수록 점차 감소한다.

또한 투광창(18)의 상기 측방 영역의 광 투과율을 점차 감소시키는 방법으로는, 전술한 바와 같이, 차광막(19)에 차광부와 투광부를 교호적으로 형성하는 것에 한정되지 않고, 대응 영역의 차광막(19)을 하프 톤으로 하여도 좋다.

상기 결상 렌즈(11)는 후술하는 대물 렌즈(12)와 협동하여 빔 정형용 마스크(10)에 형성된 복수의 투광창(18)을 필름 위에 미리 정해진 배율로 축소 투영하는 것으로 집광 렌즈이다.

또한, 상기 대물 렌즈(12)는 상기 결상 렌즈(11)와 협동하여 빔 정형용 마스크(10)에 형성된 복수의 투광창(18)을 필름 위에 미리 정해진 배율로 축소 투영하는 동시에, 예를 들면 마스크용 부재(17)의 금속 프레임(3)과는 반대측에 배치되고, 레이저 광(L)의 조사의 위치 결정 기준이 되는 기준 패턴을 형성한 투명한 기준 기판(21)(도 2 참조)의 상기 기준 패턴의 상을 넣어, 후술하는 촬상 카메라(14)에 의해 촬영 가능하게 하는 것이다. 또한, 대물 렌즈(12)의 결상 위치와 빔 정형용 마스크(10)는 공역의 관계를 이루고 있다.

상기 촬상 카메라(14)는 기준 기판(21)에 형성된 상기 기준 패턴을 촬영하는 것으로, 예를 들면 2차원 화상을 촬영하는 CCD 카메라나 CMOS 카메라 등이다. 또한, 대물 렌즈(12)의 결상 위치와 촬상 카메라(14)의 촬상면은 공역의 관계를 이루고 있다.

상기 조명 광원(16)은 가시광을 방사하는, 예를 들면 할로겐 램프 등이며, 촬상 카메라(14)의 촬상 영역을 조명하여 촬상 카메라(14)에 의한 촬영을 가능하게 하는 것이다.

또한, 도 2에 있어서, 부호 22은 대물 렌즈(12)와 협동하여 기준 기판 기준 패턴의 상이나 레이저 가공에 의해 형성되는 개구 패턴(4)의 상 등을 촬상 카메라(14)의 촬상면에 결상시키는 결상 렌즈이고, 부호 23은 릴레이 렌즈, 부호 24는 전반사 미러이다.

다음으로, 이와 같이 구성된 레이저 가공 장치를 사용하여 행하는 개구 패턴 형성 공정에 대하여 설명한다.

우선, 상기 기준 패턴을 형성한 기준 기판(21)의 기준 패턴을 형성한 면의 반대측의 면(21a)에 마스크용 부재(17)의 필름을 대향시킨 상태에서, 마스크용 부재(17)와 상기 기준 기판(21)을 도시를 생략한 얼라인먼트 마크를 사용하여 위치 결정한 후, 필름(20)을 기준 기판(21)의 상기 표면(21a)에 밀착시킨다.

다음으로, 도 2에 도시하는 바와 같이, 일체화된 상기 마스크용 부재(17)와, 상기 기준 기판(21)을 마스크용 부재(17)를 레이저 광(L)의 조사측으로 하여, XY 스테이지(7) 위에 위치 결정하여 장착한다.

이어서, XY 스테이지(7)가 이동하여 대물 렌즈(12)가 마스크용 부재(17)의 레이저 가공 개시 위치에 위치된다. 상세하게는, 촬상 카메라(14)에 의하여 레이저 가공 개시 위치의 단위 영역의, 예를 들면 중심 위치에 대응하여 상기 기준 기판(21)에 형성된 기준 패턴을, 필름(20)을 통하여 촬영하고, 이 기준 패턴을 촬상 중심에 위치시킨다. 또한, 이 촬상 중심은 대물 렌즈(12)의 광축과 일치한다.

이어서, 레이저 가공 장치의 광학 유닛을 대물 렌즈(12)의 광축을 따라 미리 정해진 거리만큼 Z축 방향으로 상승시켜, 대물 렌즈(12)의 결상 위치를 마스크용 부재(17)의 필름(20)과 상기 기준 기판(21)과의 계면에 위치시킨다.

이어서, 레이저 광원(8)이 기동되어 펄스 발진하고, 복수의 샷의 레이저 빔이 방사된다. 방사된 레이저 빔은 커플링 광학계(9)에 의하여 확장되고, 강도 분포가 균일하게 된 레이저 광(L)으로 되어 빔 정형용 마스크(10)에 조사한다.

빔 정형용 마스크(10)에 조사한 레이저 광(L)은 이 빔 정형용 마스크(10)의 복수의 투광창(18)을 투과함으로써 단면 형상이 개구 패턴(4)의 형상과 상사형으로 정형되어, 복수의 레이저 광(L)이 되어 빔 정형용 마스크(10)를 사출한다. 또한, 대물 렌즈(12)에 의해 필름(20) 위에 집광된다.

이 경우, 도 4(a)에 도시하는 바와 같은, 투광창(18)의 외측이 차광막(19)으로 차광된 종래 기술의 빔 정형용 마스크(10)에 의해 정형된 레이저 광(L)은 도 4(b)에 굵은 실선으로 도시한 바와 같이, X (및 Y) 축 방향의 광 강도 분포가 거의 균일하기 때문에, 이와 같이 레이저 광(L)에 의하여 필름(20)에 가공되는 개구 패턴(4)의 대향 측벽(4a)은 이 도 4(b)에 도시하는 바와 같이 레이저 광(L)의 조사측(성막원측에 상당)의 반대측의 필름면(마스크면)(20a)에 대하여 70°내지 80°의 가파른 경사 각도(큰 경사 각도) 를 가진 것이 된다.

한편, 본 발명에 있어서는, 도 3(a)에 도시하는 바와 같이, 상기 투광창(18)의 Y축 방향(메탈 마스크(2) 관통공(5)의 장축 방향에 상당)에 대응하여 대향하는 대변의 측방 영역은, 전술한 바와 같이, 광 투과율이 투광창(18)의 가장자리로부터 측방을 향하여 점차 감소하도록 형성되어 있기 때문에, 빔 정형용 마스크(10)를 사출한 레이저 광(L)의 Y축 방향의 광 강도 분포는 도 3(d)에 굵은 실선으로 도시한 바와 같이, 개구 패턴(4)에 대응한 중앙 영역이 강하고, 개구 패턴(4)의 가장자리부에 대응한 위치로부터 바깥쪽으로 향하여 강도가 점차 줄어드는 것이 된다. 따라서, 상기와 같은 레이저 광(L)에 의해 필름(20)에 가공되는 개구 패턴(4)의 대향 측벽(4a)은, 도 3(d)에 도시하는 바와 같이, 레이저 광(L)의 조사측(성막원측에 해당)의 반대측의 필름면(마스크면) (20a)에 대하여 25°내지 30°의 얕은 경사 각도(작은 경사 각도)를 가진 것이 된다.

이 경우, 도 3(a)에 도시하는 바와 같이, 상기 투광창(18)의 X축 방향에 대응하여 대향하는 대변의 측방 영역은 광 투과율의 그라데이션 처리가 되어 있지 않기 때문에, 이 방향의 광 강도 분포는 균일하고, 가공된 개구 패턴(4)의 이 방향에 대향하는 측벽의 경사 각도는 종래 기술과 마찬가지로, 레이저 광(L)의 조사측의 반대측의 필름면(20a)에 대하여 70° 내지 80°가 된다.

레이저 가공 개시 위치의 단위 영역에 복수의 개구 패턴(4)이 형성되면, XY 스테이지(7)가 X 또는 Y축 방향으로 미리 정해진 거리만큼 스텝 이동하고, 두 번째의 단위 영역, 세 번째의 단위 영역 ...으로, 각 단위 영역에 순서대로 복수의 개구 패턴(4)이 레이저 가공된다. 이와 같이 하여, 필름(20)의 미리 정해진 소정의 위치에 복수의 개구 패턴(4)이 레이저 가공된 필름 마스크(1)가 형성된다.

이 경우, 전술한 바와 같이, 촬상 카메라(14)에 의하여, 레이저 가공 개시 위치의 단위 영역의 예를 들면 중심 위치에 대응하여 상기 기준 기판(21)에 형성된 기준 패턴을 촬영하여, 그 위치를 확인한 후, 이 기준 패턴의 위치를 기준으로 하여 XY 스테이지(7)를 X, Y축 방향으로 스텝 이동하면서 복수의 개구 패턴(4)을 형성한다. 그 때, XY 스테이지(7)의 기계 정밀도에 기초하여 미리 정해진 거리만큼 스텝 이동하면서 각 단위 영역에 복수의 개구 패턴(4)을 형성하여도 좋지만, 각 단위 영역의 중심 위치에 대응하여 기준 기판(21)에 형성된 기준 패턴을 촬상 카메라(14)로 촬영하고, 상기 기준 패턴에 촬상 카메라(14)의 예를 들면 촬상 중심(대물 렌즈(12)의 광축과 일치)을 위치시킨 후, 복수의 개구 패턴(4)을 레이저 가공하여도 좋다.

또는, 마스크측 얼라인먼트 마크용의 관통공(25)(도 1 참조) 내에, 미리 마스크측 얼라인먼트 마크를 레이저 가공한 후, 이 마스크측 얼라인먼트 마크를 기준으로 하여, XY 스테이지(7)를 X 또는 Y축 방향으로 미리 정해진 거리만큼 스텝 이동하면서, 각 단위 영역에 복수의 개구 패턴(4)을 형성하여도 좋다.

다음으로, 본 발명의 성막 마스크를 사용하여 행하는 성막에 대하여 설명한다. 여기에서는, 일례로서 증착 장치에 적용한 경우에 대하여 설명한다. 또한, 여기서 설명하는 증착 장치는 기판을 일정한 방향으로 반송하면서 박막 패턴을 형성하는 것이다.

먼저, 진공 챔버 내에 이동 가능하게 설치된 기판 홀더에 기판이 설치된다. 또한, 상기 기판 위에 성막 마스크가 필름 마스크(1)측을 기판측으로 하여 설치된다. 이때, 진공 챔버 내에 설치된 카메라에 의하여, 기판의 기판측 얼라인먼트 마크와 성막 마스크에 형성된 마스크측 얼라인먼트 마크가 촬영되고, 양 마크가 미리 정해진 소정의 위치 관계가 되도록 기판과 성막 마스크가 위치 결정된다. 그 후, 기판 홀더에 내장된 자석의 자력을 성막 마스크의 메탈 마스크(2)에 작용시켜 메탈 마스크(2)를 흡인하고, 필름 마스크(1)를 기판의 성막면에 밀착시킨다.

다음으로, 진공 챔버 내의 진공도가 미리 정해진 소정 값이 될 때까지 진공된 후, 기판 홀더가 성막 마스크를 구성하는 메탈 마스크(2)의 관통공(5)의 장축과 교차하는 방향(X축 방향 또는 화살표 A 방향)으로, 기판 및 성막 마스크와 일체적으로 일정 속도로 이동을 개시한다. 동시에, 증착원(26)(도 5 내지 7 참조)이 가열되어 증착이 개시된다. 또한, 도 5 내지 7에 있어서는 설명의 편의를 위하여 증착원(26)을 성막 마스크의 위쪽에 배치한 상태로 나타내고 있지만 실제의 증착 장치에서는 증착원(26)이 성막 마스크의 아래쪽에 배치된다.

상기와 같은 기판을 이동하면서 증착하는 증착 장치의 증착원(26)은 일반적으로 기판의 이동 방향(상대적으로 증착원(26)이 이동하는 방향이며, 화살표 A 방향 또는 X축 방향에 상당)과 교차하는 방향(Y축 방향)에 복수의 단위 증착원(26a)을 나란히 배치한 구조를 가지고 있으며(예를 들어, 도 5(b) 참조), 증착원(26)의 상대 이동 방향(화살표 A 방향)의 양 사이드에는 차폐판(27)이 구비되어 있다(예를 들어, 도 5(a) 참조). 따라서, 상대 이동 방향의 증착 입자의 최소 발산 각도 θt는 상기 차폐판(27)에 의하여 증착원(26)의 개구면(대향하는 성막 마스크의 마스크면에 평행한 면)에 대하여 약 70° 내지 80°로 제한된다. 한편, 증착원(26)을 구성하는 각 단위 증착원(26a)의 상대 이동 방향과 교차하는 측(Y축 방향)에는 상기 차폐판(27)이 없기 때문에(예를 들면, 도 5(b) 참조), Y축 방향의 증착 입자의 최소 발산 각도 θe는 증착원(26)의 개구면에 대하여 약 20°내지 30°로 얕은 각도가 된다.

따라서 개구 패턴(4)의 측벽의 경사 각도를 임의로 제어할 수 없는 종래의 메탈 마스크(2)만으로 구성한 성막 마스크를 사용하는 경우에는, 도 5(a)에 도시하는 바와 같이, 화살표 A에 나타내는 증착원(26)의 상대 이동 방향의 증착 입자의 최소 발산 각도 θt가 약 70°내지 80°로 제한되어 있기 때문에, 개구 패턴(4)의 이 방향의 대향 측벽(4a)의 경사 각도가 70°내지 80°로 가파른 것이어도, 이 방향의 대향 측벽(4a)이 증착의 그늘이 되지 않고, 이 방향에 있어서의 증착막의 막 두께 분포는 거의 균일하게 된다.

그러나, 도 5(b)에 도시하는 바와 같이, 화살표 A로 나타내는 증착원(26)의 상대 이동 방향과 교차하는 방향(Y축 방향)의 증착 입자의 최소 발산 각도 θe는 제한되지 않기 때문에, 증착 입자가 대략 20°내지 30°의 얕은 각도로 성막 마스크에 입사한다. 따라서, 이 방향의 개구 패턴(4)의 대향 측벽(4a) 증착의 그늘이 되어, 이 방향의 증착막의 막 두께 분포가 불균일하게 된다. 즉, 증착막의 이 방향의 양단부에 있어서의 막 두께가 얇아진다.

또한, 도 4(a)에 도시하는 바와 같은 종래의 빔 정형용 마스크(10)를 사용하여 개구 패턴(4)이 레이저 가공된 필름 마스크(1)를 가진 성막 마스크의 경우에도 마찬가지로, 도 6(a)에 도시하는 바와 같이, 화살표 A로 나타내는 증착원(26)의 상대 이동 방향(X축 방향)의 증착 입자의 최소 발산 각도 θt가 약 70°내지 80°로 제한되어 있기 때문에, 이 방향의 개구 패턴(4)의 대향 측벽(4a)의 경사 각도가 70° 내지 80°로 가파르다고 하더라도, 이 방향의 대향 측벽(4a)이 증착의 그늘이 되지 않고, 이 방향의 증착막의 막 두께 분포는 거의 균일하게 된다.

그러나, 도 6(b)에 도시하는 바와 같이, 화살표 A로 나타내는 증착원(26)의 상대 이동 방향과 교차하는 방향(Y축 방향)의 증착 입자의 최소 발산 각도 θe는 제한되어 있지 않기 때문에, 증착 입자가 약 20°내지 30°의 얕은 각도로 성막 마스크에 입사한다. 따라서, 이 방향의 개구 패턴(4)의 대향 측벽(4a)이 증착의 그늘이 되어, 이 방향의 증착막의 막 두께 분포가 불균일하게 된다. 즉, 증착막의 이 방향의 양단부의 막 두께가 얇아진다.

한편, 본 발명에 의한 성막 마스크에 따르면, 도 7(a)에 도시하는 바와 같이, 화살표 A로 나타내는 증착원(26)의 상대 이동 방향의 양 사이드의 대향 측벽의 경사 각도는, 종래의 성막 마스크와 마찬가지로, 70°내지 80°로 가파르지만, 이 방향의 증착 입자의 최소 발산 각도 θt가 약 70°내지 80°로 제한되어 있기 때문에, 종래 기술과 마찬가지로 이 방향의 개구 패턴(4) 대향 측벽(4a)이 증착의 그늘이 되지 않고, 이 방향의 증착막의 막 두께 분포는 거의 균일하게 된다.

또한, 본 발명에 의한 성막 마스크는, 도 7(b)에 도시하는 바와 같이, 화살표 A로 나타내는 증착원(26)의 상대 이동 방향과 교차하는 방향(Y축 방향)의 개구 패턴(4)의 대향 측벽(4a)의 경사 각도가 증착원(26)측의 반대측의 필름면 (20a)에 대하여 25° 내지 30°의 얕은 각도로 형성되어 있기 때문에, 이 방향의 개구 패턴(4)의 대향 측벽(4a)이 화살표 A로 나타내는 증착원(26)의 상대 이동 방향과 교차하는 방향(Y축 방향)으로부터 25° 내지 30°의 얕은 각도로 성막 마스크에 입사하는 증착 입자에 대하여 증착의 그늘이 되지 않는다. 따라서 동일한 방향에 있어서의 증착막의 막 두께 분포도 거의 균일하게 된다.

도 8은 본 발명에 따른 성막 마스크의 제조 방법에 있어서, 개구 패턴(4)의 레이저 가공의 변형예를 나타내는 공정도이다.

먼저, 도 3(a)에 도시하는 바와 같은, 레이저 광(L)이 투과하는 투광창(18)을 가지고, 이 투광창(18)의 외측에서, 이 투광창(18)의 적어도 한 대변의 측방 영역에 있어서의 광 투과율을, 투광창(18)의 가장자리부로부터 측방을 향하여 점차 감소시킨 빔 정형용 마스크(제 1 빔 정형용 마스크)(10)를 사용하여 정형된 제1의 레이저 광(L1)을 개구 패턴 형성부에 대응한 필름(20)의 부분에 조사하여, 도 8(a)에 도시하는 바와 같이 미리 정해진 소정 깊이의 오목부(28)를 형성한다.

그 후, 도 4(a)에 도시하는 바와 같은 개구 패턴(4)과 상사형의 투광창(18)을 가지고, 이 투광창(18)의 외측이 차광된 빔 정형용 마스크(제2의 빔 정형용 마스크)(10)를 사용하여 정형된 제2의 레이저 광(L2)을, 도 8(b)에 도시하는 바와 같이 상기 오목부(28)의 바닥부(28a)에서 개구 패턴(4)의 형성부에 대응한 필름(20)의 부분에 조사하여, 관통 개구(29)를 형성한다. 이와 같이 하여, 도 8(c)에 도시하는 바와 같이, 필름(20)의 적어도 레이저 광(L)의 조사면측에, 레이저 광(L)의 조사측을 향하여 넓어지는 적어도 한 쌍의 대향 측벽(4a)을 가진 개구 패턴(4)을 형성할 수 있다.

이 경우, 도 8(c)에 도시하는 바와 같이, 오목부(28)의 바닥 면적이 상기 관통 개구(29)의 개구 면적보다 넓어지도록 제1의 빔 정형용 마스크(10)의 투광창(18)을 형성하면, 제1 레이저 광(L1)의 조사 위치가 미리 정해진 소정 위치보다 Δd만큼 어긋난 경우에도, 관통 개구(29)를 상기 오목부(28) 내의 상기 소정 위치에 형성할 수 있다(도 8(a), (b) 참조). 따라서 오목부(28)의 형성 위치 정밀도는 관통 개구(29)의 형성 위치 정밀도보다 낮아도 좋다.

또한, 상기 실시 형태에 있어서는, 필름 마스크(1)와, 메탈 마스크(2)를 적층한 적층체를 프레임에 고정한 성막 마스크에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 프레임은 없어도 좋다. 또한 필름 마스크(1)만 있어도 좋고, 필름 마스크(1)를 프레임에 고정한 것이어도 좋다.

또한, 상기 실시 형태에 있어서는, 증착 장치에 적용되는 성막 마스크에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 스퍼터링 장치나 다른 성막 장치에 적용되는 것이어도 좋다.

또한, 본 발명은 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 치환, 변형 및 변경이 가능하며, 전술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니다.

1 필름 마스크
2 메탈 마스크
3 금속 프레임
4 개구 패턴
4a 대향 측벽
5 관통 공
10 빔 정형용 마스크
18 투광창
20 필름
28 오목부
29 관통 개구

Claims

기판을 한 방향으로 반송하면서, 수지제의 필름에 형성된 개구 패턴을 통해 기판 위에 성막하기 위한 성막 마스크로서,
상기 성막 마스크는 복수의 상기 개구 패턴을 가진 상기 수지제의 필름을 구비하여 구성되고,
상기 수지제 필름은 제1면과, 이 제1면과는 반대측의 제2면을 가지며,
상기 수지제 필름의 두께가 상기 제1면과 상기 제2면의 사이에서 정해지고,
상기 제1면은 상기 기판의 반송 중에 성막원에 면하도록 되어 있고,
상기 제2면은 상기 기판의 반송 중에 상기 기판에 면하도록 되어 있으며,
상기 개구 패턴은 제1의 대향 측벽 및 제2의 대향 측벽을 가지고,
상기 제1의 대향 측벽은 상기 기판의 반송 방향에 대향하고 있고,
상기 제2의 대향 측벽은 상기 기판의 반송 방향과 교차하는 방향에 대향하고 있으며,
상기 제1의 대향 측벽의 각각은 상기 제2의 면에 대하여 일정한 제1의 경사 각도를 가지고 상기 제1면으로부터 상기 제2면까지 뻗어 있고,
상기 제2의 대향 측벽의 각각은 상기 제2의 면에 대하여 일정한 제2의 경사 각도를 가지고 상기 제1면으로부터 상기 제2면까지 뻗어 있고,
상기 제1의 경사 각도는 상기 제2의 경사 각도보다 큰 것을 특징으로 하는 성막 마스크.
제1항에 있어서, 상기 수지제 필름의 상기 제1면에는 상기 개구 패턴을 내포하는 크기의 관통공을 형성한 메탈 마스크가 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 성막 마스크.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1면에 틀 모양의 프레임을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 성막 마스크.