KR20210080771A - 유리 기판 패터닝 방법 - Google Patents

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KR20210080771A
KR20210080771A KR1020190172680A KR20190172680A KR20210080771A KR 20210080771 A KR20210080771 A KR 20210080771A KR 1020190172680 A KR1020190172680 A KR 1020190172680A KR 20190172680 A KR20190172680 A KR 20190172680A KR 20210080771 A KR20210080771 A KR 20210080771A
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이형섭
이은경
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주식회사 나래나노텍
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 유리 기판 패터닝 방법은 유리 기판, 및 유리 기판의 상측에 형성되며 레이저 빔의 투과를 차단할 수 있는 포토레지스트 막을 구비하는 유리 기판 적층체를 형성하는 단계; 포토레지스트 막을 현상하여 유리 기판의 표면 중 레이저 빔이 조사되기 위한 표면을 노출시키는 단계; 유리 기판의 표면 중 노출된 표면에 레이저 빔을 조사하여 레이저 빔이 조사된 유리 기판의 표면 및 내부 중 하나 이상을 개질하는 단계; 및 유리 기판을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

유리 기판 패터닝 방법{Method for patterning glass substrate}
본 발명은 유리 기판 패터닝 방법에 관한 것으로, 상세하게는, 레이저 마킹(laser marking)을 통해 유리 기판의 선택적인 식각이 가능한 유리 기판 패터닝 방법에 관한 것이다.
LCD(Liquid Crystal Display) 및 LED(Light-Emitting Diode)와 같은 디스플레이에는 유리 기판이 사용되는데, 이러한 유리 기판은 투명 전극과 같은 여러 가지 구성요소가 삽입되기 위한 공간을 형성하는 패터닝이 이루어진다. 유리 기판을 패터닝하는 방식으로서, 포토레지스트(photo resist)를 이용하여 패터닝하는 방식, 및 레이저 빔 조사에 의해 유리 기판을 개질하는 레이저 마킹을 이용하여 패터닝하는 방식이 있다.
먼저, 포토레지스트를 이용하여 유리 기판을 패터닝하는 방식은 유리 기판의 전면에서 포토리소그래피(photolithography) 방식으로 포토레지스트의 패터닝을 진행하고, 현상에 의해 포토레지스트가 제거된 부분을 식각액으로 식각하여 유리 기판을 패터닝한다. 그런데, 이러한 포토레지스트를 이용하여 유리 기판을 패터닝하는 방식은, 유리가 등방식각 특성을 가지고 있기 때문에, 식각 깊이를 증가시킬 경우 유리 기판 패턴의 선폭도 증가하는 문제점이 있다.
다음으로, 레이저 마킹을 이용하여 유리 기판을 패터닝하는 방식은 유리 기판에 레이저 마킹을 실시하여 유리 기판의 일부를 개질함으로써 식각 속도를 증대시키고, 이를 이용하여 선택적인 식각을 진행한다. 그런데, 이러한 레이저 마킹을 이용하여 유리 기판을 패터닝하는 방식은, 레이저의 출력 편차로 인한 레이저 빔의 스팟(spot) 크기의 편차가 약 ±1㎛ 수준으로 발생하고 레이저가 이동할 때 생기는 레이저 자체의 높이 편차가 ±5㎛ 이상 발생하여 유리 기판 패턴의 선폭을 3㎛ 이하로 정밀하게 제어하는 것이 곤란한 문제점, 및 유리 기판의 표면 중 레이저 마킹이 실시되지 않은 표면에도 식각액에 의한 식각이 발생하여 유리 기판의 표면의 조도가 나빠지는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 유리의 등방 식각 특성으로 인한 유리 기판 패턴의 선폭 증대를 최소화하여 종횡비(aspect ratio)를 높일 뿐만 아니라, 레이저의 출력 편차 및 높이 편차가 발생하더라도 선폭을 정밀하게 제어할 수 있고, 유리 기판 표면 중 패턴을 형성하려고 하는 부분 이외의 부분의 조도가 나빠지는 것을 방지할 수 있는 유리 기판 패터닝 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 레이저 빔의 일부가 포토레지스트 막을 투과하더라도, 유리 기판 중 패턴을 형성하려고 하는 부분 이외의 부분이 개질되는 것을 방지할 수 있는 유리 기판 패터닝 방법을 제공하는 데에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 특징에 따르면, 유리 기판 패터닝 방법에 있어서, 유리 기판, 및 유리 기판의 상측에 형성되며 레이저 빔의 투과를 차단할 수 있는 포토레지스트 막을 구비하는 유리 기판 적층체를 형성하는 단계; 포토레지스트 막을 현상하여 유리 기판의 표면 중 레이저 빔이 조사되기 위한 표면을 노출시키는 단계; 유리 기판의 표면 중 노출된 표면에 레이저 빔을 조사하여 레이저 빔이 조사된 유리 기판의 표면 및 내부 중 하나 이상을 개질하는 단계; 및 유리 기판을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 기판 패터닝 방법이 제공된다.
바람직하게는, 본 발명은, 유리 기판 적층체를 형성하는 단계가 유리 기판 상에 크롬 막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 유리 기판 패터닝 방법을 사용하면 다음과 같은 효과가 달성된다.
1. 유리의 등방 식각 특성으로 인한 유리 기판 패턴의 선폭 증대를 최소화하여 종횡비를 높일 뿐만 아니라, 레이저의 출력 편차 및 높이 편차가 발생하더라도 선폭을 정밀하게 제어할 수 있고, 유리 기판 표면 중 패턴을 형성하려고 하는 부분 이외의 부분의 조도가 나빠지는 것을 방지할 수 있다.
2. 레이저 빔의 일부가 포토레지스트 막을 투과하더라도, 유리 기판 중 패턴을 형성하려고 하는 부분 이외의 부분이 개질되는 것을 방지할 수 있다.
도 1a 및 1b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 유리 기판 패터닝 방법의 순서도이다.
도 2a 내지 2h는 본 발명의 일 실시형태에 따른 유리 기판 패터닝 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 유리 기판 패터닝 방법에 이용되는 유리 기판 패터닝 장치의 블록도이다.
이하, 본 발명에 따른 유리 기판 패터닝 방법의 바람직한 실시형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1a 및 1b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 유리 기판 패터닝 방법의 순서도이고, 도 2a 내지 2h는 본 발명의 일 실시형태에 따른 유리 기판 패터닝 방법을 설명하기 위한 단면도이다. 참고로, 도 2a 내지 2h의 경우, 도 3에 도시된 유리 기판 패터닝 장치(300)의 구성요소와 관련하여, 노광부(330)만이 도시되어 있고, 증착부(310), 코팅부(320), 식각부(340), 레이저 빔 조사부(350), 잔여 물질 제거부(360), 및 제어부(370)는 도시되어 있지 않다. 도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 유리 기판 패터닝 방법에 이용되는 유리 기판 패터닝 장치의 블록도이다.
먼저, 도 2a 내지 2h와 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시형태에 따른 유리 기판 패터닝 방법에 이용되는 유리 기판 패터닝 장치(300)를 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유리 기판 패터닝 장치(300)는 증착부(310), 코팅부(320), 노광부(330), 식각부(340), 레이저 빔 조사부(350), 잔여 물질 제거부(360), 및 제어부(370)를 포함한다.
증착부(310)는 크롬을 유리 기판(210)의 표면(211)에 증착하여 유리 기판(210) 상에 크롬 막(220)을 형성하는 구성요소이다.
코팅부(320)는 레이저 빔(250)의 투과를 차단할 수 있는 포토레지스트를 코팅하여 유리 기판(210)의 상측에 포토레지스트 막(220)을 형성함으로써, 유리 기판(210) 및 포토레지스트 막(230)을 구비하는 유리 기판 적층체(240)를 형성하는 구성요소이다. 본 명세서에서, “유리 기판의 상측에 포토레지스트 막을 형성한다”는 기재는 “유리 기판 상에 직접 포토레지스트 막을 형성하는 경우”와 “유리 기판 상에 형성된 다른 물질을 개재하여 포토레지스트 막을 형성하는 경우”를 포함한다. “유리 기판 상에 형성된 다른 물질을 개재하여 포토레지스트 막을 형성하는 경우”는, 예를 들어, 유리 기판(210) 상에 형성된 크롬 막(220)을 개재하여 포토레지스트 막(230)을 형성하는 경우일 수 있다.
노광부(330)는 유리 기판 적층체(240)를 노광시키는 구성요소이다. 노광부(330)는 자외선 조사부(331) 및 노광 마스크(332)를 포함할 수 있고, 노광 마스크(332)는 마스크 본체(333) 및 마스크 본체(333)에 형성된 개구(334)를 포함할 수 있다.
식각부(340)는 노광된 유리 기판 적층체(240)의 포토레지스트 막(230)을 현상을 위해 식각하고, 레이저 빔(250)이 조사된 유리 기판(210)을 식각하는 구성요소이다. 식각부(340)는 포토레지스트 막(230)의 현상에 의해 노출된 크롬 막(220)을 식각할 수도 있다.
레이저 빔 조사부(350)는 유리 기판(210)의 표면(211) 중 노출된 표면(211a)에 레이저 빔(250)을 조사하여 레이저 빔(250)이 조사된 유리 기판(210)의 표면(211a) 및 내부(212) 중 하나 이상을 개질하는 구성요소이다. 레이저 빔 조사부(350)는 레이저 빔(250)을 발생시키는 레이저(도시되지 않음) 및 제어부(370)에 저장된 미리 정해진 경로를 따라 레이저를 이동시키는 레이저 이동부(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 또한, 제어부(370)에 저장된 미리 정해진 경로는 유리 기판(210)의 노출된 표면(211a)에 의해 형성되는 경로와 일치할 수 있다.
잔여 물질 제거부(360)는 식각된 유리 기판(210) 상의 잔여 물질을 제거하는 구성요소이다. 유리 기판(210) 상의 잔여 물질은 포토레지스트 막(230)을 포함한다. 또한, 이러한 잔여 물질은 크롬 막(220)을 더 포함할 수 있다.
제어부(370)는 증착부(310), 코팅부(320), 노광부(330), 식각부(340), 레이저 빔 조사부(350), 및 잔여 물질 제거부(360)를 미리 정해진 순서에 따라 제어하는 구성요소이다.
다음으로, 도 1a 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시형태에 따른 유리 기판 패터닝 방법을 설명한다.
단계 110에서, 도 2a에 도시된 바와 같이, 증착부(310)는 크롬을 유리 기판(210)의 표면(211)에 증착하여 유리 기판(210) 상에 크롬 막(220)을 형성한다.
단계 120에서, 도 2b에 도시된 바와 같이, 코팅부(320)는 레이저 빔(250)의 투과를 차단할 수 있는 포토레지스트를 크롬 막(220) 상에 코팅하여, 유리 기판(210), 크롬 막(220) 및 포토레지스트 막(230)을 포함하는 유리 기판 적층체(240)를 형성한다. 레이저 빔(250)의 투과를 차단할 수 있는 포토레지스트는, 예를 들어, 블랙 매트릭스(Black Matrix)를 포함할 수 있다. 블랙 매트릭스는 흑체에 속하기 때문에, 파장이 상대적으로 낮은 자외선을 투과시키고 가시광선의 파장을 가진 레이저 빔의 투과를 차단시킨다. 예를 들어, 블랙 매트릭스는 카본을 함유하는 경우 투과 파장이 360nm 이하이다. 또한, 블랙 매트릭스는 통상적으로 감광성을 가지기 때문에, 포토레지스트 막(230)은 블랙 매트릭스만으로 이루어질 수도 있다. 물론, 포토레지스트 막(230)은 블랙 매트릭스뿐만 아니라 감광성 물질을 더 포함할 수도 있다.
단계 110 및 120과 관련하여, 크롬 막(220)을 형성하는 단계 없이, 유리 기판(210) 상에 포토레지스트 막(230)을 직접 형성할 수도 있다. 이 경우, 유리 기판 적층체(240)는 유리 기판(210) 및 포토레지스트 막(230)으로 이루어질 수 있다.
단계 130에서, 도 2c에 도시된 바와 같이, 노광부(330)는 유리 기판 적층체(240)를 노광시킨다. 이러한 유리 기판 적층체(240)의 노광은 포토레지스트 막(230) 상에 노광 마스크(332)를 배치하는 단계, 및 자외선 조사부(331)로부터 유리 기판 적층체(240)를 향하여 자외선을 조사하는 단계를 포함할 수 있다. 이에 따라, 예를 들면, 포토레지스트 막(230) 중 노광 마스크(332)의 개구(334)를 통해 자외선이 조사된 부분은 식각성이 높아지도록 변형될 수 있다.
단계 140에서, 도 2d에 도시된 바와 같이, 식각부(340)는 노광된 유리 기판 적층체(240)의 포토레지스트 막(230)을 식각함으로써 포토레지스트 막(230)을 현상한다. 예를 들어, 포토레지스트 막(230) 중 자외선이 조사된 부분은 식각에 의해 제거되고, 자외선이 조사되지 않은 부분은 그대로 남게 된다.
또한, 단계 110 및 120에서 크롬 막(220)을 형성하는 단계 없이 유리 기판 (210) 상에 포토레지스트 막(230)을 직접 형성하는 경우, 단계 140을 수행함으로써 유리 기판(210)의 표면(211) 중 레이저 빔(250)이 조사되기 위한 표면(211a)이 노출되게 된다.
단계 150에서, 도 2e에 도시된 바와 같이, 식각부(340)는 포토레지스트 막(230)의 현상에 의해 노출된 크롬 막(220)을 식각함으로써 유리 기판(210)의 표면(211) 중 레이저 빔(250)이 조사되기 위한 표면(211a)을 노출시킨다.
단계 160에서, 도 2f에 도시된 바와 같이, 레이저 빔 조사부(350)는, 유리 기판(210)의 표면(211) 중 노출된 표면(211a)에 레이저 빔(250)을 조사하여 레이저 빔(250)이 조사된 유리 기판(210)의 표면(211a) 및 내부(212) 중 하나 이상을 개질한다. 예를 들어, 유리 기판(210)의 표면(211a)만이 개질될 수도 있고, 유리 기판(210)의 내부(212)만이 개질될 수도 있으며, 유리 기판(210)의 표면(211a) 및 내부(212)가 개질될 수도 있다. 이렇게 유리 기판 중 개질된 부분의 식각 속도는 개질되지 않은 부분의 식각 속도에 비하여, 예를 들어, 200배 빠르다.
단계 170에서, 도 2g에 도시된 바와 같이, 식각부(340)는 유리 기판(210)을 식각한다. 이러한 유리 기판(210)의 식각은, 예를 들어, 식각액에 의한 습식 식각에 의해 행해질 수 있다.
단계 180에서, 도 2h에 도시된 바와 같이, 잔여 물질 제거부(360)는 유리 기판(210) 상의 잔여 물질을 제거한다. 예를 들어, 유리 기판(210) 상의 잔여 물질 중 포토레지스트 막(230)은 박리액에 의해 박리될 수 있다. 또한, 유리 기판(210) 상의 잔여 물질 중 크롬 막(220)은 식각에 의해 제거될 수 있다. 이렇게 하여, 유리 기판 패턴(213)을 가진 유리 기판(210)이 완성된다.
본 실시형태에 따르면, 유리 기판 적층체(240) 중 레이저 빔(250)의 투과를 차단할 수 있는 포토레지스트 막(230)을 현상하여 유리 기판(210)의 표면(211) 중 레이저 빔(250)이 조사되기 위한 표면(211a)을 노출시키고, 노출된 표면(211a)에 레이저 빔(250)을 조사하여 레이저 빔(250)이 조사된 유리 기판(210)의 표면(211a) 및 내부(212) 중 하나 이상을 개질한 후 유리 기판(210)을 식각한다. 이에 따라, 유리의 등방 식각 특성으로 인한 유리 기판 패턴(213)의 선폭(W) 증대를 최소화하여, 선폭(W)에 대한 식각 깊이의 비율인 종횡비를 높일 수 있다. 뿐만 아니라, 레이저의 출력 편차 및 높이 편차가 발생하더라도 선폭(W)을 정밀하게 제어할 수 있고, 유리 기판(210)의 표면(211) 중 유리 기판 패턴(213)을 형성하려고 하는 부분 이외의 표면(211)의 조도가 나빠지는 것을 방지할 수 있다.
특히, 레이저의 높이 편차와 관련하여, 도 2f에 도시된 바와 같이, 레이저 빔(250)은 레이저에 설치된 렌즈(L)로부터 유리 기판(210)에 가까워질수록 단면의 지름이 작아진다. 따라서, 종래의 레이저 마킹을 이용한 유리 기판 패터닝 방법은, 레이저가 이동할 때 레이저와 유리 기판(210)과의 거리가 일시적으로 너무 가까우면, 유리 기판(210)의 표면에 형성되는 레이저 빔의 스팟의 크기도 너무 커지는 문제점이 있었다. 이에 반하여, 본 실시형태의 유리 기판 패터닝 방법은, 레이저가 이동할 때 레이저와 유리 기판(210)과의 거리가 일시적으로 너무 가까워지더라도, 유리 기판 적층체(240)의 포토레지스트 막(230)에 의해 유리 기판(210)의 표면에 형성되는 레이저 빔의 스팟의 크기가 미리 정해진 크기보다 커지는 것을 방지할 수 있다.
또한, 유리 기판 적층체(240)를 형성하는 단계가 유리 기판(210) 상에 크롬 막(220)을 형성하는 단계를 포함하고 있기 때문에, 레이저 빔(250)의 일부가 포토레지스트 막(230)을 투과하더라도, 유리 기판(210) 중 유리 기판 패턴(213)을 형성하려고 하는 부분 이외의 부분이 개질되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 크롬은 다른 금속에 비하여 식각성이 좋기 때문에, 유리 기판(210)의 표면(211) 중 레이저 빔(250)이 조사되기 위한 표면(211a)을 노출시키는 공정 및 유리 기판(210) 상의 잔여 물질을 제거하는 공정을 더욱 용이하게 할 수 있다.
본 발명은 첨부된 예시 도면의 바람직한 실시형태를 중심으로 도시하고 설명하였지만, 이에 한정하지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 형태로 실시할 수 있음은 물론이다.
210: 유리 기판 213: 유리 기판 패턴
220: 크롬 막 230: 포토레지스트 막
240: 유리 기판 적층체 250: 레이저 빔
300: 유리 기판 패터닝 장치 310: 증착부
320: 코팅부 330: 노광부
340: 식각부 350: 레이저 빔 조사부
360: 잔여 물질 제거부 370: 제어부
L: 렌즈 W: 선폭

Claims (7)

  1. 유리 기판 패터닝 방법에 있어서,
    유리 기판, 및 상기 유리 기판의 상측에 형성되며 레이저 빔의 투과를 차단할 수 있는 포토레지스트 막을 구비하는 유리 기판 적층체를 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트 막을 현상하여 상기 유리 기판의 표면 중 상기 레이저 빔이 조사되기 위한 표면을 노출시키는 단계;
    상기 유리 기판의 표면 중 노출된 표면에 상기 레이저 빔을 조사하여 상기 레이저 빔이 조사된 유리 기판의 표면 및 내부 중 하나 이상을 개질하는 단계; 및
    상기 유리 기판을 식각하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 기판 패터닝 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유리 기판 적층체를 형성하는 단계는 상기 유리 기판 상에 크롬 막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 기판 패터닝 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 포토레지스트 막은 블랙 매트릭스를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 기판 패터닝 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 유리 기판의 표면 중 상기 레이저 빔이 조사되기 위한 표면을 노출시키는 단계는 상기 포토레지스트 막의 현상을 위해 상기 유리 기판 적층체를 노광시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 기판 패터닝 방법.
  5. 제1항에 있어서, 식각된 상기 유리 기판 상의 잔여 물질을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 기판 패터닝 방법.
  6. 제3항에 있어서, 상기 블랙 매트릭스는 카본을 함유하는 것을 특징으로 하는 유리 기판 패터닝 방법.
  7. 제2항에 있어서, 상기 유리 기판의 표면 중 상기 레이저 빔이 조사되기 위한 표면을 노출시키는 단계는
    상기 유리 기판 적층체를 노광시키는 단계;
    노광된 상기 유리 기판 적층체의 상기 포토레지스트 막을 현상하는 단계; 및
    상기 포토레지스트 막의 현상에 의해 노출된 크롬 막을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 기판 패터닝 방법.
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