WO2017131499A1 - 필름 마스크, 이의 제조방법, 이를 이용한 패턴 형성 방법 및 이를 이용하여 형성된 패턴 - Google Patents

필름 마스크, 이의 제조방법, 이를 이용한 패턴 형성 방법 및 이를 이용하여 형성된 패턴 Download PDF

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서한민
한상철
이승헌
오동현
서대한
배남석
송민수
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주식회사 엘지화학
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    • H01L2224/951—Supplying the plurality of semiconductor or solid-state bodies
    • H01L2224/95115—Supplying the plurality of semiconductor or solid-state bodies using a roll-to-roll transfer technique

Definitions

  • the present application relates to a film mask, a manufacturing method thereof, a pattern forming method using the same, and a pattern formed using the same.
  • a patterning technique using a dry film resist has recently been attempted, which raises the dry film resist temperature, which is a film state at room temperature, to about 100 ° C. After laminating, the film mask is further laminated, and then UV exposure is performed.
  • the dry film resist it is difficult to control the thickness of the film as desired, and due to the disadvantage that it is difficult to overcome the resolution problem of the DFR during the actual patterning, it is difficult to implement a high resolution pattern.
  • 1 illustrates a problem of pattern implementation ability and adhesion according to resolution when patterning using DFR. Specifically, when the DFR is used, the adhesion of the isolated pattern of 15 micrometers or less is problematic, and there is a problem in the pattern implementation ability of the pattern of the 10 micrometer area band.
  • the material and shape of the rubber roll may be a defect of the form as shown in FIG.
  • the load application position is generally located at the edge of the roll, as shown in Fig. 4 (b) the deformation of the center portion is raised or the center portion Thickening will occur.
  • a mechanical reinforcement of a form that overcomes this problem is made by using a crown roll or by polishing the edge of the roll as shown in FIG.
  • a large pressure must be applied during lamination in order to maintain a uniform gap between the film mask and the substrate mentioned above. have.
  • FIG. 5 shows the shape of the line pattern and the residual film shape that appear when a typical roll-to-roll exposure process is applied to the patterning process of the negative type photosensitive resin composition (upper line width 14.1 micrometer, lower line width 22.9 micrometer).
  • Patent Document 1 Korean Patent Application Publication No. 1992-0007912
  • the present application is to provide a film mask, a manufacturing method thereof, a pattern forming method using the same, and a pattern manufactured using the same, even when patterning using a liquid photosensitive resin, can reduce the residual film phenomenon of the pattern, increase the height step do.
  • a dark light shielding pattern layer provided on the transparent substrate
  • a film mask including a groove provided in a region where the dark light shielding pattern layer is not provided.
  • the groove portion may be formed directly on the transparent substrate, or may be formed on a separate resin layer provided on the transparent substrate.
  • the resin layer may be referred to as an imprinting layer.
  • the dark blocking pattern layer is not particularly limited as long as it exhibits blocking characteristics of the UV region, and for example, the reflectance of the UV region (100 nm to 400 nm) is about 30% or less. It is not limited.
  • the dark light blocking pattern layer may include a black matrix material, a carbon black material, a resin in which a die is mixed, and AlOxNy (0 ⁇ x ⁇ 1.5, 0 ⁇ y ⁇ 1, x and y are Al 1 Ratio of the number of atoms of each O and N to the atoms).
  • a metal layer may be further included between the transparent substrate or the imprinting layer and the dark light blocking pattern layer.
  • a metal layer provided between the transparent substrate or the imprinting layer and the dark light shielding pattern layer is provided, and the film mask includes two or more regions having different thicknesses of the metal layer.
  • the dark shading pattern layer may include two or more regions having different thicknesses, or the film mask may include a region having a metal layer between the transparent substrate and the dark shading pattern layer, and the transparent substrate and the dark shading pattern.
  • the layer includes areas directly contacted.
  • the dark shielding pattern layer and the surface protection layer and the release force reinforcing layer provided on the groove further includes at least one.
  • the dark blocking pattern layer and the transparent substrate or the imprinting layer further comprises an adhesion layer provided between.
  • a metal layer provided between the dark light shielding pattern layer and the transparent substrate or the imprinting layer, and an adhesion layer between the metal layer and the transparent substrate or the imprinting layer It includes more.
  • It provides a method of manufacturing a film mask comprising the step of forming a dark light shielding pattern layer on a region that is not provided with a groove portion on the transparent substrate.
  • Another embodiment of the present application provides a method of forming a pattern using a film mask according to the above-described embodiments.
  • Another embodiment of the present application provides a pattern formed using a film mask according to the above-described embodiments.
  • Another embodiment of the present application is described; And a pattern formed using the photosensitive resin composition provided on the substrate, wherein the pattern provides a pattern structure including a boundary portion that separates an upper part and a lower part in a thickness direction.
  • the film mask according to the embodiments described in the present application can reduce the residual film phenomenon and increase the height of the pattern even when patterning the liquid photosensitive resin.
  • the film mask according to the embodiments described in the present application by forming the shape of the groove portion, it is possible to form a pattern of the desired shape.
  • 1 is a photograph of a state of a pattern formed using a conventional DFR method.
  • FIG. 2 is a schematic view of a process of exposing in a roll-to-roll process using a film mask.
  • FIG. 5 is a photograph showing a residual film problem when forming a pattern using a conventional film mask.
  • FIG. 6 is a perspective view of a film mask according to an exemplary embodiment of the present application.
  • FIG. 7 is a vertical cross-sectional view of a film mask according to an exemplary embodiment of the present application.
  • FIG. 8 illustrates various states of a vertical cross sectional view of a film mask in accordance with some embodiments of the present application.
  • 9 and 10 illustrate simulation measurement conditions and results of a film mask and a conventional film mask according to one embodiment of the present application.
  • FIG. 11 illustrates reflectance, transmittance, and absorbance according to a wavelength of a material of a dark light shielding pattern layer according to an exemplary embodiment of the present application.
  • FIG. 12 illustrates a structure of a film mask including a halftone region manufactured according to an exemplary embodiment of the present application.
  • FIG. 13 is a schematic view illustrating a manufacturing process of a film mask according to an exemplary embodiment of the present application.
  • FIG. 15 to 22 are photographs of patterns formed using the film masks prepared in Examples 2 to 11.
  • FIG. 15 to 22 are photographs of patterns formed using the film masks prepared in Examples 2 to 11.
  • Film mask according to an embodiment of the present application is a transparent substrate; A dark light shielding pattern layer provided on the transparent substrate; And a groove provided in an area where the dark light blocking pattern layer is not provided.
  • the groove portion may be formed directly on the transparent substrate, or may be formed on a separate resin layer provided on the transparent resin.
  • the resin layer may be referred to as an imprinting layer.
  • 6 and 7 illustrate a structure in which an imprinting layer is provided on a transparent substrate and a groove is formed in the imprinting layer.
  • the film mask of FIG. 7 further includes an adhesion layer, a metal layer, a protective layer, and a release force reinforcing layer in addition to the dark light blocking pattern layer, but some of them may be omitted as necessary.
  • a negative type photosensitive resin for example, does not receive light during UV irradiation in the case of a light-shielding region, and thus curing does not occur after UV curing.
  • an additional height patterning is performed according to the depth of the groove part relative to the coating thickness of the resin.
  • the shape of the pattern can be defined through the shape of the groove, there is an advantage that even the three-dimensional shape of the finally formed pattern can be determined.
  • the shape of the pattern formed using the film mask may be determined according to the shape of the groove
  • the shape and size of the groove may be determined according to the shape of the pattern to be formed.
  • the width or diameter of the groove portion may be determined to be equal to the size of the opening of the dark shading pattern layer
  • the depth of the groove portion may be determined at 5 nm to 1 mm, such as 10 nm to 1 micrometer, but is not limited thereto. It doesn't happen.
  • the groove portion is a portion for imprinting the photosensitive resin to be patterned later, and its shape and size may be determined in consideration of the shape or size of the pattern to be formed. For example, various shapes of the grooves are illustrated in FIG. 8, but are not limited thereto.
  • the principle that high resolution can be realized while minimizing the residual film during exposure has been identified through simulation.
  • the pattern mask according to the embodiments of the present application having grooves between the dark light shielding pattern layers has less pattern size extension when using diffused light as compared to the conventional film mask without grooves. It was confirmed that the fluctuation of the light source by position when using the light is more stable. Because of this, it was possible to estimate the cause of the residual film is minimized when using the film mask according to the embodiment of the present application.
  • the refractive index of the mask is the refractive index of the layer on which the groove is formed, for example, the transparent substrate or the imprinting layer.
  • the dark shading pattern layer preferably exhibits blocking characteristics of the UV region, and for example, a material having a reflectance of about 30% or less of the UV region may be used.
  • the dark light blocking pattern layer may include a black matrix material, a carbon black material, a resin in which a die is mixed, and AlOxNy (0 ⁇ x ⁇ 1.5, 0 ⁇ y ⁇ 1, x and y are Al 1 Ratio of the number of atoms of each O and N to the atoms).
  • the range of x and y is x> 0, or y> 0, or x> 0 and y> 0.
  • the dark light shielding pattern layer is made of AlOxNy, it is preferable that 0 ⁇ x ⁇ 1.5 or 0 ⁇ y ⁇ 1.
  • the dark shading pattern layer is based on the black shading pattern layer.
  • it can be applied to the production of halftone masks used for the purpose of multilayer patterning.
  • the material and thickness of the dark light blocking pattern layer may be determined according to the size and shape of the material and pattern to be patterned using a film mask, and the thickness may be determined according to the required UV light transmittance.
  • the dark light blocking pattern layer may have a thickness of 5 nm to 200 nm, and any thickness may be used as long as it blocks light.
  • the dark light blocking pattern layer may have a pattern shape having a shape of a pattern to be implemented by UV exposure as an opening region.
  • the dark pattern light blocking layer may have a pattern having circular openings.
  • the dark shading pattern layer is formed of AlOxNy described above, it is easy to form the size of the opening to a desired size, for example, a circle having a diameter of 1 to 30 micrometers,
  • a linear opening having a line width of 1 to 30 micrometers is formed of AlOxNy described above, not only a high resolution pattern of 15 micrometers or less may be formed, but a problem of scanning mura due to an exposure method may be minimized.
  • the transparent substrate is not particularly limited as long as it has a light transmittance of a degree necessary to perform an exposure process using the film mask described above.
  • the transparent substrate may be determined according to the size or material of a pattern to be patterned using a film mask. For example, a transparent substrate having a visible light transmittance of 50% or more is preferably used.
  • the transparent substrate is preferably a flexible substrate, for example, a plastic film, specifically, a polyethylene terephthalate (PET) film may be used.
  • PET polyethylene terephthalate
  • the thickness of the said transparent base material is enough as long as it can support a film mask, and is not specifically limited.
  • the thickness of the transparent substrate may be 10 nm to 1 mm, specifically 10 micrometers to 500 micrometers.
  • the resin layer in which the groove portion is formed that is, the imprinting layer
  • the resin layer in which the groove portion is formed may be made of a resin known in the art, and may be the same material as the transparent substrate or may be a different material.
  • it may be made of a photosensitive resin.
  • a metal layer may be further included between the transparent substrate and the dark light blocking pattern layer.
  • the metal layer may complement the light shielding property of the dark light shielding pattern layer, and may facilitate formation or patterning of the dark light shielding pattern layer.
  • the metal layer may be made of a material that can compensate for the light blocking property or a material that is easy to form the dark light blocking pattern layer.
  • aluminum Al
  • Al aluminum
  • aluminum is easy to form a dark light shielding pattern layer made of aluminum oxide, aluminum nitride or aluminum oxynitride thereon.
  • aluminum is easy to pattern simultaneously with a dark shading layer made of aluminum oxide, nitride or oxynitride.
  • the thickness of the metal layer may be determined in consideration of light blocking property, processability, or flexibility, and may be determined, for example, within 1 nm to 10 micrometers.
  • an adhesion layer is further provided below the dark light shielding pattern layer, or a surface protective layer on the dark light shielding pattern layer, depending on the durability and adhesion characteristics of the material acting as the light shielding in the film mask. And / or a release force reinforcing layer may be further introduced.
  • the adhesion layer may be provided between the dark light shielding pattern layer and the transparent substrate or imprinting layer.
  • the adhesion layer may be provided between the metal layer and the transparent substrate or the imprinting layer.
  • the adhesion layer may be one that does not adversely affect patterning using a film mask while enhancing adhesion between the transparent substrate or the imprinting layer and the dark light blocking pattern layer or the metal layer.
  • an adhesion layer material such as acrylic, epoxy or urethane may be used.
  • the surface protective layer may be introduced as a surface protective layer of the urethane acrylic lake, as an example, but also when the hardness is more than the HB level was confirmed that it is large.
  • a layer having a form including fluorine-based, silicon-based, or a mixture thereof may be introduced, and a thickness of 100 nm or less was preferable at the time of introduction.
  • the release force reinforcing layer may be formed to a thickness of 1 nm to 100 nm.
  • the method of forming the layer includes a wet coating method and a vapor deposition method, and a vapor deposition method is more advantageous.
  • the film mask produced for the purpose of increasing the thickness can be used by reinforcing through the additional substrate and the adhesive layer.
  • the release force reinforcing layer is effective in a general release process and a molding process in the case of having a surface energy of less than or equal to surface energy, such as 30 dynes / cm, of a substrate to be patterned, such as a plastic film such as PET or an ITO film.
  • the surface energy of the release force reinforcing layer is preferably 22 dynes / cm or less, more preferably 15 dynes / cm or less may exhibit good performance.
  • the lower the surface energy of the release force-enhancing layer is better, it may be more than 0 dynes / cm 30 dynes / cm or less.
  • the material for the release force enhancing layer is not particularly limited as long as it has the surface energy, and a fluorine material, a silicon material, or a mixture thereof may be used.
  • a fluorine-based material having a perfluoroether chain, an alkoxy silane or a silicon-based material having a silanol, or a mixture thereof can be used.
  • Silicone-based materials such as alkoxy silanes or silanols can improve adhesion to other substrates.
  • the release force reinforcing layer may further include a SiO 2 layer or a TiO 2 layer to reinforce the durability of the release force reinforcing layer.
  • -OH of silanol undergoes a dehydration condensation reaction at room temperature to induce a complete bond with the surface of the contacting layer. can do.
  • a metal layer provided between the transparent substrate and the dark light shielding pattern layer is provided, and the film mask includes two or more regions having different thicknesses of the metal layer, or the dark light shielding
  • the thickness of the pattern layer includes two or more regions different from each other, or the film mask includes a region in which a metal layer is provided between the transparent substrate and the dark shielding pattern layer, and a region in which the transparent substrate and the dark shielding pattern layer directly contact each other.
  • It includes. 12 illustrates a structure of a film mask including a region with a metal layer and a region without a metal layer.
  • a half tone region may be manufactured by forming a portion having a different light transmittance in the film mask depending on the thickness of the metal layer or the dark light shielding pattern layer or the presence or absence of the metal layer.
  • the thickness of the pattern formed by the halftone region in which the dark shielding pattern layer which passes only a part of UV light is formed is thinner than the pattern formed by the dark shielding pattern and the general mask region without the metal layer.
  • It provides a method of manufacturing a film mask comprising the step of forming a dark light shielding pattern layer on a region that is not provided with a groove portion on the transparent substrate.
  • the manufacturing method of the film mask As a specific example, the manufacturing method of the film mask
  • the method may include forming a dark light blocking pattern layer on an area where the groove is not provided.
  • the manufacturing method may further include an inspection & repair step.
  • Forming a dark light shielding pattern layer on a region other than the groove portion may be implemented by any technique as long as it is a technique capable of selectively forming a pattern in the uneven portion.
  • the dark shielding pattern layer may be formed by transferring a dark shielding pattern layer material such as ink containing Dye or Pigment, which may block the wavelength of the UV region, directly onto a region other than the groove portion.
  • a dark shielding pattern layer material such as ink containing Dye or Pigment, which may block the wavelength of the UV region
  • a dark light shielding pattern layer may be formed using a reverse offset printing technique.
  • a layer that is, a dark light shielding layer, was formed on the surface provided with the groove portion of the transparent substrate using a material for forming a dark light shielding pattern layer.
  • the dark shading layer may form an AlOxNy layer or an Al layer / AlOxNy layer by a deposition method.
  • a resist pattern is formed on a region not provided with a groove, as shown in FIG. 13, using the transparent substrate having the dark light shielding layer formed thereon. Can be formed. According to FIG.
  • a part of the photoresist may be turned off to a representation in which the groove of the imprinting mold is not provided by contacting the imprinting mold on which the light shielding layer is deposited.
  • the continuous process can be performed by washing the remaining photoresist that is not off through the cleaning roll.
  • Another embodiment of the present application provides a method of forming a pattern using a film mask according to the above-described embodiments.
  • the method includes applying a photosensitive resin composition on a substrate; Exposing to the applied photosensitive resin composition through a film mask; And developing the photosensitive resin composition.
  • This process may be carried out through a roll-to-roll process.
  • the roll-to-roll process may be performed in the same manner as in FIG. 2.
  • the film mask is arrange
  • Another embodiment of the present application provides a pattern formed using a film mask according to the above-described embodiments.
  • the substrate And a pattern formed by using the photosensitive resin composition provided on the substrate, wherein the pattern includes a boundary that separates an upper part and a lower part in a thickness direction.
  • the boundary portion is only two regions separated by the boundary portion on the surface of the pattern consisting of a single layer is divided into surface characteristics, shapes, etc., the material of the two regions are different or the two regions are separate layers It is not divided into.
  • the boundary portion may be represented by a line or a structure crossing the circumference of the pattern at the same height from the substrate on which the pattern is formed.
  • the structure that crosses the circumference of the pattern at the same height from the substrate may be represented by a groove portion or may be represented by a structure in which the slope of the surface in the thickness direction of the pattern changes abruptly, for example, the slope becomes smooth.
  • Such a boundary is an area from the maximum depth of the groove portion of the film mask to the depth of the (maximum depth of the groove portion-thickness of the dark shading pattern layer) and the thickness of the dark shading pattern layer of the groove portion according to the above-described embodiments. Separate the areas of.
  • the region relatively far from the substrate is the upper portion and the region relatively close to the substrate is the lower portion among the two regions divided by the boundary portion of the formed pattern
  • the upper portion of the pattern is formed from the maximum depth of the groove portion of the film mask (the groove portion).
  • Maximum depth-the thickness of the dark shading pattern layer) corresponds to the region of the depth up to the thickness of the dark shading pattern layer of the groove portion.
  • surface roughness of the upper and lower portions of the pattern divided by the boundary portion may be different.
  • the surface roughness of the top of the pattern can be smaller or more regular than the surface roughness of the bottom. Since the upper portion of the pattern is cured by exposure in the state imprinted by the groove portion of the film mask, it may have a surface characteristic corresponding to the characteristics of the inner surface of the groove portion of the film mask. On the other hand, since the lower part of the pattern is not exposed by the dark light shielding pattern layer, the lower part of the pattern does not correspond to the characteristics of the inner surface of the film mask groove, and may exhibit relatively larger or irregular surface roughness.
  • the height of the pattern is uniform.
  • the height of the pattern can be set uniformly.
  • a dark shading pattern layer made of chromium having an opening having a diameter of 15 micrometers was formed on a transparent substrate, and in Example 1, the dark shading pattern layer corresponding to the opening of the dark shading pattern layer of Comparative Example 1 was formed. Grooves (height 2 micrometers, bottom diameter 15 micrometers, bottom diameter 11 micrometers, radius 2 micrometers) were formed in the portion. At this time, the width of the chromium layer of the dark light shielding pattern layer was more than 100 micrometers. According to x (distance from the center of the opening of the dark shielding pattern layer, up to the dotted line in FIG.
  • the results of measuring the normalized intensity are shown in FIG. 10.
  • (A) of FIG. 10 compares the intensity
  • the intensity was higher in the region corresponding to the actual opening diameter (15 micrometers) in Example 1, while in Comparative Example 1 it was confirmed that the intensity is higher to the region larger than the actual opening diameter.
  • the pattern precision may be higher in Example 1 than in Comparative Example 1.
  • An adhesion layer was formed on the PET substrate having a thickness of 250 micrometers using a urethane-based material, and a photosensitive resin layer (UV curable urethane acrylic resin) was coated thereon, followed by imprinting, having a diameter of 11.6 ⁇ m and a depth of 5 Cylindrical grooves of ⁇ m were formed.
  • a photosensitive resin layer UV curable urethane acrylic resin
  • an Al layer having a thickness of 100 nm was formed by a sputtering method.
  • Reactive gas was added on the Al layer to form an AlOxNy layer (x> 0, 0.3 ⁇ y ⁇ 1) by reactive sputtering (1 in FIG. 14).
  • the photoresist layer was formed in a region other than the groove portion (2 in FIG.
  • Fig. 14 shows a photograph showing the surface of the transparent substrate after deposition of the Al / AlON layer, a photograph showing the surface of the photoresist printed on an area other than the groove, a photograph of Al / AlON etched in the groove, and a photograph of removing the photoresist. It was.
  • FIG. 15 a photograph of a pattern obtained by performing patterning of the photosensitive urethane acrylic UV resin using the method shown in FIG. 2 is shown in FIG. 15 (x1,500).
  • the obtained pattern had an upper diameter of 11.6 ⁇ m and a lower diameter of 19.6 ⁇ m.
  • the upper portion of the obtained pattern can confirm that the shape of the groove portion is transferred as it is.
  • the upper portion of the pattern has a regular shape, while the lower portion of the pattern shows a relatively larger increase in thickness.
  • the residual film defects were significantly reduced compared to FIG. 5.
  • the height of the pattern was increased by the thickness of the groove portion of the film mask.
  • Example 2 It carried out similarly to Example 2 except the opening part and the groove part of a dark light-shielding pattern layer were linear. The photograph of the obtained pattern is shown in FIG. The upper line width at the intersection of the linear pattern was 11.2 ⁇ m and the lower line width at the intersection was 25.4 ⁇ m.
  • the dark shading pattern layer was formed in the same manner as in Example 2 except that the opening was circular as shown in FIG. 17A and the groove was formed in the lens structure as shown in FIG. At the time of pattern formation, the film mask was adhered to the bottom surface of the substrate coated with the photosensitive resin composition to be patterned and then UV cured. The obtained pattern is shown in Fig. 17 (c).
  • the dark shading pattern layer was formed in the same manner as in Example 2 except that the opening of the dark light shielding pattern layer was circular as shown in FIG. 18A, and the groove was formed in the lens structure as shown in FIG. When the pattern was formed, only a part of the thickness coated with the photosensitive resin composition to be patterned was in contact with the groove and then UV cured. The obtained pattern is shown in Fig. 18 (c).
  • the opening of the dark light shielding pattern layer was performed in the same manner as in Example 2 except that the opening was formed in a triangle as shown in Fig. 19A, and the groove was formed in a triangular prism structure as shown in Fig. 19B.
  • the pattern was formed, only a part of the thickness coated with the photosensitive resin composition to be patterned was in contact with the groove and then UV cured. The obtained pattern is shown in Fig. 19 (c).
  • the opening of the dark light-shielding pattern layer was performed in the same manner as in Example 2 except that the opening of the dark light shielding pattern layer was circular as shown in FIG.
  • the pattern was formed, only a part of the thickness coated with the photosensitive resin composition to be patterned was in contact with the groove and then UV cured.
  • the obtained pattern is shown in Fig. 20 (c).
  • the openings and grooves of the dark light shielding pattern layer have a pitch of 150 ⁇ m, a diameter of 10 ⁇ m, 15 ⁇ m, 30 ⁇ m and 50 ⁇ m, and the height of the prepared pattern is 11 ⁇ m. It was.
  • the photograph (x 1500) of the pattern manufactured by using the film mask thus prepared is shown in FIG. 21.
  • the openings and grooves of the dark light-shielding pattern layer have a pitch of 150 ⁇ m, a diameter of 10 ⁇ m, 15 ⁇ m, 30 ⁇ m and 50 ⁇ m, and the height of the prepared pattern is 8 ⁇ m. It was. The height of the pattern was adjusted using the process speed. Slower process speeds lead to lower heights.
  • the photograph (x 1500) of the pattern manufactured by using the film mask thus prepared is shown in FIG. 21.
  • the opening and groove portions of the dark light shielding pattern layer were carried out in the same manner as in Example 9 except that the line width was linear. At this time, the process speed at the time of pattern formation was 10 RPM, the height of the pattern was 8.4 ⁇ m.
  • the photograph obtained at the low magnification (x110), the medium magnification (x300), and the high magnification (x1500) of the prepared pattern is shown in FIG. 22.
  • the opening and groove portions of the dark light shielding pattern layer were carried out in the same manner as in Example 9 except that the line width was linear. At this time, the process speed was 15 RPM when the pattern was formed, the height of the pattern was 11.3 ⁇ m.
  • the photograph obtained at the low magnification (x110), the medium magnification (x300), and the high magnification (x1500) of the prepared pattern is shown in FIG. 22.

Abstract

본 출원은 투명기재; 상기 투명 기재 상에 구비된 암색 차광 패턴층; 및 상기 암색 차광 패턴층이 구비되지 않은 영역에 구비된 홈부를 포함하는 필름 마스크, 이의 제조방법, 이를 이용한 패턴 형성 방법, 및 이를 이용하여 제조된 패턴에 관한 것이다.

Description

필름 마스크, 이의 제조방법, 이를 이용한 패턴 형성 방법 및 이를 이용하여 형성된 패턴
본 출원은 2016년 1월 27일에 제출된 한국 특허출원 제10-2016-0010237호의 우선일의 이익을 주장하며, 이는 본 명세서에 참고로 포함된다.
본 출원은 필름 마스크, 이의 제조방법, 이를 이용한 패턴 형성 방법 및 이를 이용하여 형성된 패턴에 관한 것이다.
일반적인 필름 마스크 기반의 롤투롤(Roll to Roll) 포토리소그래피 기술은 패터닝을 진행하고자 하는 기재와의 밀착력 확보가 되지 않는 경우에는 패턴의 해상도 저하 및 위치별 편차가 발생한다. 이러한 위치별 패터닝 편차의 극복을 위해서는 패턴 공정간 UV 노광 영역의 필름 마스크와 기재를 최대한 밀착시키기 위하여 라미네이트 공정이 도입된다. 그러나, 이러한 라미네이트 공정은 라미네이트를 위한 닙 롤(Nip Roll)의 가공 공차, 일반적으로 3/100mm 이상의 공차 및 압력에 따른 변형 등의 특성으로 인하여, 정확한 공차를 유지하기 어려운 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위하여, 최근 드라이 필름 레지스트(Dry Film Resist, 이하 DFR)를 이용한 패터닝 기술이 시도되고 있으며, 이는 상온에서 필름 상태인 드라이 필름 레지스트 온도를 약 100℃ 근방으로 승온시키고, 이를 기재에 라미네이팅하고, 이후에 다시 필름 마스크를 라미네이팅한 후 UV 노광을 진행하는 공정을 수행한다. 그러나 이러한 드라이 필름 레지스트의 경우 필름의 두께를 원하는 대로 조절하기 어렵다는 단점과 함께 실제 패터닝시 DFR이 지니는 해상도 문제의 극복이 어렵다는 단점으로 인하여, 고해상도의 패턴을 구현하기에는 어려움이 따르게 된다. 도 1은 DFR을 이용한 패터닝시 해상도에 따른 패턴 구현 능력 및 부착력의 문제점을 나타낸다. 구체적으로 DFR의 이용시, 15 마이크로미터 이하의 고립형 패턴의 부착력이 문제되고, 10 마이크로미터 영역대 패턴의 패턴 구현능에 문제가 있다.
또한, 일반적으로 필름 마스크를 이용한 롤투롤 노광시에는 도 2와 같은 형태의 A 롤과 B 롤에 의한 라미네이션이 도입되며, 이때 A 롤과 B 롤의 간격(gap)의 균일성 및 B 롤의 진직도에 의하여 UV 노광시 패터닝된 감광성 수지의 단차 및 균일성이 결정된다. 이때 A 롤과 B 롤은 통상적으로 한쪽 롤로서 딱딱한(Hard) 스틸 롤(Steel Roll)을 적용하며, 나머지 롤은 수지의 특성 및 기타 공정 특성에 따라 결정되며, 예컨대 RTV Si 롤이 주로 사용된다. 이 때 롤과 롤의 접촉시 발생할 수 있는 여러 기구적 불량은 도 3에 나타내었다. 도 3은 고무 롤과 스틸 롤의 축이 비틀려, 이들이 접촉되었을 때 기구적 불량이 발생한 예를 도시한 것이다.
이 외에도 고무 롤의 재질 및 형상에 따라 도 4와 같은 형태의 불량이 발생할 수 있다. 구체적으로, 도 4 (a)의 이상적인 접촉형상과는 달리, 하중을 가하는 위치가 일반적으로 롤의 가장자리에 위치해 있게 됨에 따라, 도 4 (b)와 같이 가운데 부분이 들뜨는 형태의 변형이 발생하거나 중앙부가 두꺼워지는 현상이 나타나게 된다. 이러한 문제점의 해결을 위하여 도 4 (c)와 같이 크라운 롤(Crown Roll)을 사용하거나 롤의 가장자리를 연마함으로써 이러한 문제점을 극복하는 형태의 기구적 보강이 이루어지고 있다. 그러나 이러한 기구적인 보강을 하더라도 앞서 언급한 필름 마스크와 기재의 균일한 간격의 유지를 위해서는 라미네이션시 압력을 크게 부여해야 한다는 공정적 제약이 있고, 이에 의하여 수지의 두께를 원하는 만큼 높이 올릴 수 없다는 단점이 있다.
아울러 기본적으로 형성된 패턴의 감광성 수지의 노광 시 빛의 확산 특성에 의하여 상부 CD (Critical Dimension) 및 하부 CD의 편차 및 노광량의 조절 여부에 따른 하부 영역의 잔막이 발생될 소지가 매우 크다. 이러한 잔막은 고립된 도트(Dot) 패턴의 경우 보다 선(Line) 패턴의 경우에 있어서 특히 쉽게 발생될 수 있으며, 이러한 잔막의 발생은 제품의 품질 저하 및 헤이즈(Haze) 유발 등의 문제를 일으키게 된다. 도 5는 네거티브 타입 감광성 수지 조성물의 패터닝 공정에 일반적인 롤투롤 노광 공정 적용시 나타나는 선 패턴의 형상 및 잔막형상을 나타내고 있다(상부 선폭 14.1 마이크로미터, 하부선폭 22.9 마이크로미터).
[선행기술문헌]
[특허문헌]
(특허문헌 1) 한국 출원 공개 제1992-0007912호
본 출원은 액상 감광성 수지를 이용한 패터닝 시에도, 패턴의 잔막 현상을 감소시키고, 높이 단차를 증대할 수 있는 필름 마스크, 이의 제조방법, 이를 이용한 패턴형성방법, 및 이를 이용하여 제조된 패턴을 제공하고자 한다.
본 출원의 일 실시상태는
투명 기재;
상기 투명 기재 상에 구비된 암색 차광 패턴층; 및
상기 암색 차광 패턴층이 구비되지 않은 영역에 구비된 홈부를 포함하는 필름 마스크를 제공한다.
본 출원의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 홈부는 상기 투명 기재에 직접 형성된 것일 수도 있고, 상기 투명 기재 상에 구비된 별도의 수지층에 형성될 수도 있다. 본 명세서에서는 상기 홈부가 상기 투명 기재 상에 형성된 별도의 수지층에 형성된 경우, 이 수지층은 임프린팅층으로 언급될 수 있다.
본 출원의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 암색 차광 패턴층은 UV 영역의 차단 특성을 나타내는 것이라면 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 UV 영역대(100 nm 내지 400 nm)의 반사율이 약 30% 이하라면 특별히 한정되지 않는다. 일 실시상태에 따르면, 상기 암색 차광 패턴층은 블랙매트릭스 재료, 카본 블랙계 재료, 다이(dye)가 혼합된 수지 및 AlOxNy(0 ≤ x ≤ 1.5, 0 ≤ y ≤ 1, x 및 y는 Al 1 원자에 대한 각각의 O 및 N의 원자 수의 비) 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
본 출원의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 투명 기재 또는 상기 임프린팅층과 상기 암색 차광 패턴층 사이에 금속층을 추가로 포함할 수 있다.
본 출원의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 투명 기재 또는 상기 임프린팅층과 상기 암색 차광 패턴층 사이에 구비된 금속층이 구비되고, 상기 필름 마스크는 상기 금속층의 두께가 서로 상이한 2 이상의 영역을 포함하거나, 상기 암색 차광 패턴층의 두께가 서로 상이한 2 이상의 영역을 포함하거나, 또는 상기 필름 마스크는 상기 투명 기재와 상기 암색 차광 패턴층 사이에 금속층이 구비된 영역과, 상기 투명 기재와 상기 암색 차광 패턴층이 직접 접하는 영역을 포함한다.
본 출원의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 암색 차광 패턴층 및 상기 홈부 상에 구비된 표면 보호층 및 이형력 강화층 중 적어도 하나를 추가로 포함한다.
본 출원의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 암색 차광 패턴층과 상기 투명 기재 또는 상기 임프린팅층 사이에 구비된 부착층을 더 포함한다.
본 출원의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 암색 차광 패턴층과 상기 투명 기재 또는 상기 임프린팅층 사이에 구비된 금속층을 포함하고, 상기 금속층과 상기 투명 기재 또는 상기 임프린팅층 사이에 부착층을 더 포함한다.
본 출원의 또 하나의 실시상태는
투명 기재 상에 홈부를 형성하는 단계; 및
상기 투명 기재 상에 홈부가 구비되지 않은 영역 상에 암색 차광 패턴층을 형성하는 단계를 포함하는 필름 마스크의 제조방법을 제공한다.
본 출원의 또 하나의 실시상태는 전술한 실시상태들에 따른 필름 마스크를 이용하여 패턴을 형성하는 방법을 제공한다.
본 출원의 또 하나의 실시상태는 전술한 실시상태들에 따른 필름 마스크를 이용하여 형성된 패턴을 제공한다.
본 출원의 또 하나의 실시 상태는 기재; 및 상기 기재 상에 구비된 감광성 수지 조성물을 이용하여 형성된 패턴을 포함하고, 상기 패턴은 두께 방향으로 상부와 하부를 구분하는 경계부를 포함하는 패턴 구조체를 제공한다.
본 출원에 기재된 실시상태들에 따른 필름 마스크는 액상 감광성 수지를 패터닝 하는 경우에도 잔막 현상을 감소할 수 있고, 패턴의 높이를 증가시킬 수 있다. 또한, 본 출원에 기재된 실시상태들에 따른 필름 마스크를 이용하는 경우 홈부의 형태를 원하는 형태로 형성함으로써, 원하는 형태의 패턴을 형성할 수 있다.
도 1은 종래의 DFR 방법을 이용하여 형성된 패턴의 상태의 사진이다.
도 2는 필름 마스크를 이용하여 롤투롤 공정으로 노광하는 과정의 모식도이다.
도 3은 롤투롤 공정에서의 기구적 불량을 예시한 것이다.
도 4는 고무 롤의 형태 불량을 예시한 것이다.
도 5는 종래의 필름 마스크를 이용한 패턴 형성시 잔막 문제를 나타내는 사진이다.
도 6은 본 출원의 일 실시상태에 따른 필름 마스크의 투과 사시도이다.
도 7은 본 출원의 일 실시상태에 따른 필름 마스크의 수직 단면도이다.
도 8은 본 출원의 몇몇 실시상태들에 따른 필름 마스크의 수직 단면도의 다양한 상태를 예시한 것이다.
도 9 및 도 10은 본 출원의 일 실시상태에 따른 필름 마스크와 종래의 필름 마스크의 시뮬레이션 측정 조건 및 결과를 나타낸 것이다.
도 11은 본 출원의 일 실시상태에 따른 암색 차광 패턴층의 재료의 파장에 따른 반사율, 투과율, 흡수율을 나타낸 것이다.
도 12는 본 출원의 일 실시상태에 따라 제작한 하프톤 영역을 포함하는 필름 마스크의 구조를 예시한 것이다.
도 13은 본 출원의 일 실시상태에 따른 필름 마스크의 제조 공정 모식도이다.
도 14는 실시예 2에 따른 필름 마스크의 제조 공정 중 각 단계별로 표현을 찍은 사진이다.
도 15 내지 22은 실시예 2 내지 11에서 제조된 필름 마스크를 이용하여 형성한 패턴의 사진이다.
본 출원의 일 실시상태에 따른 필름 마스크는 투명 기재; 상기 투명 기재 상에 구비된 암색 차광 패턴층; 및 상기 암색 차광 패턴층이 구비되지 않은 영역에 구비된 홈부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 홈부는 상기 투명 기재에 직접 형성된 것일 수도 있고, 상기 투명 수지 상에 구비된 별도의 수지층에 형성될 수도 있다. 본 명세서에서는 상기 홈부가 상기 투명 기재 상에 형성된 별도의 수지층에 형성된 경우, 이 수지층은 임프린팅층으로 언급될 수 있다. 도 6 및 도 7에 투명 기재 상에 임프린팅층이 구비되고, 임프린팅층에 홈부가 형성된 구조를 예시하였다. 도 7의 필름 마스크는 암색 차광 패턴층 이외에 부착층, 금속층, 보호층 및 이형력 강화층이 추가로 구비되어 있으나, 이들 중 일부는 필요에 따라 생략될 수 있다.
도 6 및 도 7과 같은 구조를 갖는 필름 마스크를 이용하여 패턴을 성형하게 되는 경우, 네거티브 타입 감광성 수지를 예로 들면 차광 영역의 경우 UV 조사 시 빛을 받지 아니하므로 UV 경화 후 경화가 이루어지지 않아 현상이 가능한 영역이 되고, 반대로 홈부가 형성된 개구 영역의 경우 수지의 코팅 두께 대비 홈부의 깊이에 따른 추가적인 높이의 패터닝이 이루어지게 됨에 따라 고단차의 패턴 형성이 가능하게 된다. 아울러 홈부의 형상을 통하여 패턴의 형태를 규정할 수 있으므로, 최종적으로 형성된 패턴의 입체적인 형태까지도 결정할 수 있다는 장점이 있다.
상기 필름 마스크를 이용하여 형성되는 패턴의 형태는 상기 홈부의 형태에 따라 결정할 수 있으므로, 상기 홈부의 형태 및 크기는 형성하고자 하는 패턴의 형태에 따라 결정할 수 있다. 예컨대, 상기 홈부의 폭 또는 직경은 상기 암색 차광 패턴층의 개구부의 크기와 같도록 결정될 수 있으며, 상기 홈부의 깊이는 5 nm 내지 1mm, 예컨대 10 nm 내지 1 마이크로미터에서 결정될 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
일 예로 단순히 수직으로 뚫려 있는 형태의 패턴이 아닌 기울어진 형태의 패턴 혹은 삼각형 모양의 패턴 등이 구현가능하므로, 기존의 포토리소그라피 공정을 통하여 구현이 어려운 다양한 형태의 패턴 모양을 지니면서 잔막 현성이 감소되거나 또는 존재하지 않는 패턴의 구현이 가능하게 된다.
상기 홈부는 추후 패터닝하고자 하는 감광성 수지를 임프린팅하는 부분으로서, 형성하고자 하는 패턴의 형태나 크기를 고려하여 그 형태와 크기가 결정될 수 있다. 예컨대 도 8에 다양한 홈부의 형태를 예시하였으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
전술한 본 출원의 실시상태들에 따른 필름 마스크를 이용하여 노광시 잔막이 최소화되면서 고해상도 구현이 가능한 원리를 시뮬레이션을 통하여 규명하였다. 시뮬레이션 결과, 암색 차광 패턴층 사이에 홈부를 갖는 본 출원의 실시상태들에 따른 필름 마스크가 홈부를 갖지 않는 종래의 필름 마스크에 비하여 확산광 사용시 패턴 크기 확장(pattern size extension)이 더 적으며, 평행광 사용시 위치별 광원의 변동(fluctuation)이 더욱 안정적임을 확인하였다. 이로 인하여 본 출원의 실시상태에 따른 필름 마스크 사용시 잔막이 최소화된 원인을 추정할 수 있었다.
아울러, 시뮬레이션간 사용되는 수지의 굴절률에 따른 필름 마스크의 홈부의 형상, 예컨대 반구 형태의 상관관계를 확인한 결과 경화전 수지의 굴절률 대비 경화 후 수지의 굴절률이 높은 경우에 반구 형태의 홈부 영역에서 [마스크 굴절률 < 경화 후 수지 굴절률 > 미경화 수지 굴절률]의 관계가 형성됨으로 인하여 집광 효과가 발생하고, 이로 인하여 렌즈 효과가 나타날 수 있음을 확인하였다. 상기 마스크의 굴절률은 홈부가 형성된 층, 예컨대 투명 기재 또는 임프린팅층의 굴절률이다.
일 실시상태에 있어서, 상기 암색 차광 패턴층은 UV 영역의 차단 특성을 나타내는 것이 바람직하며, 예컨대 UV 영역대의 반사율이 약 30% 이하인 재료가 사용될 수 있다. 일 실시상태에 따르면, 상기 암색 차광 패턴층은 블랙매트릭스 재료, 카본 블랙계 재료, 다이(dye)가 혼합된 수지 및 AlOxNy(0 ≤ x ≤ 1.5, 0 ≤ y ≤ 1, x 및 y는 Al 1 원자에 대한 각각의 O 및 N의 원자 수의 비) 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 상기 x 및 y의 범위는 x > 0, 또는 y > 0, 또는 x > 0 및 y > 0인 것이 바람직하다.
상기 암색 차광 패턴층이 AlOxNy로 이루어지는 경우 0 < x ≤ 1.5 또는 0 < y ≤ 1인 것이 바람직하다. 상기 암색 차광 패턴층으로 알루미늄 산화물, 알루미늄 질화물 또는 알루미늄 산질화물을 사용하는 경우, 암색 차광 패턴층 단독으로도 UV 파장에 대한 반투과 특성 및 반사방지특성을 나타낼 수 있으므로, 이를 기초로 암색 차광 패턴층의 두께에 따라, 또는 금속층과의 적층구조를 도입함으로써 다층 패터닝의 목적으로 사용되는 하프톤 마스크의 제조에 적용될 수 있다.
상기 암색 차광 패턴층의 재료 및 두께는 필름 마스크를 이용하여 패턴화하고자 하는 재료 및 패턴의 크기나 형태에 따라 결정될 수 있으며, 특히 요구되는 UV 광 투과도에 따라 그 두께가 결정될 수 있다. 예컨대, 상기 암색 차광 패턴층은 5 nm 내지 200 nm의 두께를 가질 수 있으며, 빛을 차단하는 두께이면 어느 두께든지 무방하다.
상기 암색 차광 패턴층은 UV 노광에 의하여 구현하고자 하는 패턴의 형태를 개구 영역으로 갖는 패턴 형태를 가질 수 있다. 예컨대, 원기둥 형태 또는 도트 형태의 패턴을 형성하고자 하는 경우, 상기 암색 패턴 차광층은 원형의 개구들을 갖는 패턴을 가질 수 있다. 상기 암색 차광 패턴층을 전술한 AlOxNy로 형성하는 경우, 개구의 크기를 원하는 크기로 형성하기에 용이하며, 예컨대 직경이 1 내지 30 마이크로미터인 원형,
또는 선폭이 1 내지 30 마이크로미터인 선형의 개구를 가질 수 있다. 특히, 상기 암색 차광 패턴층을 전술한 AlOxNy로 형성하는 경우, 15 마이크로미터 이하의 고해상도 패턴을 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 노광 방식에 의한 스캔 무라 문제가 최소화될 수 있다.
상기 암색 차광 패턴층의 패턴을 구현하기 위해서는 통상적으로 사용되는 레이져를 이용한 직접(Direct) 노광 공정 외 포토리소 그라피를 활용하거나 오프셋 및 잉크젯 등 인쇄 기법을 이용하는 다양한 방법이 적용될 수 있다.예컨대, 본 발명자들은 Al층 및 Al계 질산화물 각각의 단일 층 및 적층 (AlOxNy/Al)구조의 UV 영역 (100nm~400nm)에 대한 반사 및 흡수 파장을 측정한 결과, 적층 구조의 경우 UV 영역대에 대해서는 약 30% 이하의 반사율을 지니고 있음을 확인하였으며, 나머지 빛은 흡수함으로써 전체적으로 마스크 소재로 사용할 수 있음을 확인하였다(도 11). 다시 말하면, AlOxNy층 단독으로도 UV 파장에 대한 반투과특성 및 반사방지특성을 나타내므로, 종래의 마스크 구조에서 반사방지막의 역할을 할 수 있음을 확인하였다.
상기 투명 기재는 전술한 필름 마스크를 이용하여 노광 공정을 수행하는데 필요한 정도의 광 투과율이라면 특별히 한정되지 않는다. 상기 투명 기재는 필름 마스크를 이용하여 패턴화하고자 하는 패턴의 크기나 재료에 따라 결정될 수 있으며, 예컨대 가시광선 투과율이 50% 이상인 투명 기재가 사용되는 것이 바람직하다. 필름 마스크를 이용한 패턴 형성시 롤을 이용하기 위하여, 상기 투명 기재는 플렉서블 기재를 사용하는 것이 바람직하며, 예컨대 플라스틱 필름, 구체적으로 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름이 사용될 수 있다. 상기 투명 기재의 두께는 필름 마스크를 지지할 수 있는 정도면 충분하며, 특별히 한정되지 않는다. 예컨대, 상기 투명 기재의 두께는 10 nm 내지 1 mm, 구체적으로 10 마이크로미터 내지 500 마이크로미터일 수 있다.
상기 홈부가 형성된 수지층, 즉 임프린팅층이 구비되는 경우, 이는 당기술분야에 알려져 있는 수지로 이루어질 수 있으며, 상기 투명 기재와 동일한 재료일 수도 있고, 상이한 재료일 수도 있다. 바람직하게는 감광성 수지로 이루어질 수 있다.
일 실시상태에 따르면, 상기 투명 기재와 상기 암색 차광 패턴층 사이에 금속층을 추가로 포함할 수 있다.
상기 금속층은 상기 암색 차광 패턴층의 차광성을 보완할 수 있고, 상기 암색 차광 패턴층의 형성 또는 패턴화가 용이하도록 할 수 있다. 상기 금속층은 차광성을 보완할 수 있는 재료 또는 상기 암색 차광 패턴층을 형성하기에 용이한 재료가 사용될 수 있다. 예컨대, 알루미늄(Al)이 사용될 수 있으며, 이 경우 그 위에 알루미늄 산화물, 알루미늄 질화물 또는 알루미늄 산질화물로 이루어진 암색 차광 패턴층을 형성하기에 용이하다. 또한, 알루미늄은 알루미늄 산화물, 질화물 또는 산질화물로 이루어진 암색 차광층과 동시에 패턴화하기에 용이하다. 상기 금속층의 두께는 차광성, 공정성 또는 플렉서블성을 고려하여 결정될 수 있으며, 예컨대 1 nm 내지 10 마이크로미터 내에서 결정될 수 있다.
본 출원의 또 하나의 실시상태에 따르면, 필름 마스크에서 차광 역할을 하는 소재의 내구성 및 부착 특성 등에 따라, 암색 차광 패턴층 하부에 부착층이 추가로 구비되거나, 암색 차광 패턴층 상에 표면 보호층 및/또는 이형력 강화층을 추가로 도입할 수 있다.
상기 부착층은 상기 암색 차광 패턴층과 상기 투명 기재 또는 임프린팅층 사이에 구비될 수 있다. 또한, 상기 부착층은 상기 금속층과 상기 투명 기재 또는 임프린팅층 사이에 구비될 수 있다. 상기 부착층으로는 상기 투명기재 또는 임프린팅층과 상기 암색 차광 패턴층 또는 금속층 사이의 부착력을 강화하면서, 필름 마스크를 이용한 패턴화에 부정적인 영향을 미치지 않는 것이 사용될 수 있다. 예컨대, 아크릴계, 에폭시계 혹은 우레탄계와 같은 부착층 재료가 사용될 수 있다.
상기 표면보호층의 경우에는 일 예로서 우레탄 아크릴레이크 계열의 표면 보호층을 도입할 수 있으나, 이 또한 경도 HB 수준 이상인 경우에는 크게 무방함을 확인하였다. 다만, 필름 마스크를 통한 제품의 잔막 및 해상도 증대 등을 고려하는 경우 가급적이면 기재 혹은 부착층보다 굴절률이 높으면서 UV 광에 대한 흡수가 없는 층을 표면 보호층으로 사용하는 것이 바람직하다.
이후 최 외각층에 해당되는 이형력 강화층의 경우 불소계, 실리콘계, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 형태의 층을 도입할 수 있으며, 도입시 두께는 100nm 이하의 층이 바람직함을 확인하였다. 예컨대, 상기 이형력 강화층은 1 nm 내지 100 nm의 두께로 형성될 수 있다. 해당 층을 구성하는 방법은 웻코팅(wet Coating) 방법 및 기상 증착 방법이 있으며, 기상증착 방법이 좀더 유리하다.
아울러 사용자의 공정에 따라, 두께 증대를 목적으로 제작된 필름 마스크를 추가의 기재 및 접착층을 통하여 보강하여 사용할 수 있다. 상기 이형력 강화층은 패터닝하고자 하는 기재, 예컨대 PET와 같은 플라스틱 필름, ITO 필름 등의 표면에너지 이하의 표면에너지, 예컨대 30 dynes/cm 이하를 갖는 경우 일반적인 이형 공정 및 성형 공정에 효과가 있다. 상기 이형력 강화층의 표면에너지는 바람직하게는 22 dynes/cm 이하, 더욱 바람직하게는 15 dynes/cm 이하인 것이 좋은 성능을 나타낼 수 있다. 상기 이형력 강화층의 표면에너지는 낮을수록 좋으며, 0 dynes/cm 초과 30 dynes/cm 이하일 수 있다.
상기 이형력 강화층의 재료로는 상기 표면에너지를 갖는 것이라면 특별히 한정되지 않으며, 불소계 물질, 실리콘계 물질 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. 구체적인 예로서, 퍼플루오로에테르체인을 갖는 불소계 물질, 알콕시 실란 또는 실라놀을 갖는 실리콘계 물질, 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 알콕시 실란 또는 실라놀과 같은 실리콘계 물질은 다른 기재와의 부착성을 향상시킬 수 있다. 추가로, 상기 이형력 강화층은 이형력 강화층의 내구성을 보강하기 위하여 SiO2층 또는 TiO2층을 추가로 포함할 수 있다. 예컨대, SiO2층 또는 TiO2층을 먼저 증착한 후, 실라놀을 포함하는 층을 형성하는 경우, 상온에서 실라놀의 -OH가 탈수축합반응을 진행하여 이에 접하는 층의 표면과 완전 결합되도록 유도할 수 있다.
본 출원의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 투명 기재와 상기 암색 차광 패턴층 사이에 구비된 금속층이 구비되고, 상기 필름 마스크는 상기 금속층의 두께가 서로 상이한 2 이상의 영역을 포함하거나, 상기 암색 차광 패턴층의 두께가 서로 상이한 2 이상의 영역을 포함하거나, 또는 상기 필름 마스크는 상기 투명 기재와 상기 암색 차광 패턴층 사이에 금속층이 구비된 영역과, 상기 투명 기재와 상기 암색 차광 패턴층이 직접 접하는 영역을 포함한다. 도 12에 금속층이 구비된 영역과 금속층이 구비되지 않은 영역을 포함하는 필름 마스크의 구조를 예시하였다. 이와 같이 금속층 또는 암색 차광 패턴층의 두께 또는 금속층의 유무에 따라 필름 마스크 내에 광투과도가 상이한 부분을 만들어 하프톤(half tone) 영역을 제작할 수 있다. 도 12에 있어서, 암색 차광 패턴 및 금속층이 없는 일반 마스크 영역에 의하여 형성되는 패턴에 비하여, UV 광의 일부만을 통과시키는 암색 차광 패턴층이 존재하는 하프톤 영역에 의하여 형성된 패턴의 두께가 더 얇게 형성된다.
본 출원의 또 하나의 실시상태는
투명 기재 상에 홈부를 형성하는 단계; 및
상기 투명 기재 상에 홈부가 구비되지 않은 영역 상에 암색 차광 패턴층을 형성하는 단계를 포함하는 필름 마스크의 제조방법을 제공한다.
구체적인 예로서, 상기 필름 마스크의 제조방법은
투명 기재 상에 홈부 형성용 수지를 코팅하는 단계;
마스터 몰드를 이용하여 상기 홈부 형성용 수지를 임프린팅하고, 노광하여 홈부를 형성하는 단계; 및
상기 홈부가 구비되지 않은 영역 상에 암색 차광 패턴층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
필요에 따라 상기 제조방법은 검사 및 수리(inspection &amp; repair) 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 홈부가 형성된 이외의 영역 상에 암색 차광 패턴층을 형성하는 단계는 요철 부분에 선택적으로 패턴을 형성할 수 있는 기술이면 어떠한 기술을 통하여 구현하여도 무방하다.
일 예에 따르면, UV 영역대의 파장을 차단할 수 있는 Dye 혹은 Pigment를 포함하는 잉크와 같은 암색 차광 패턴층 재료를 직접 상기 홈부가 형성된 이외의 영역 상에 전사함으로써 암색 차광 패턴층을 형성할 수도 있다.
또 하나의 예에 따르면, 리버스 오프셋 인쇄 기술을 이용하여 암색 차광 패턴층을 형성할 수도 있다. 투명 기재의 홈부가 구비된 면 상에 암색 차광 패턴층 형성을 위한 재료를 이용하여 층, 즉 암색 차광층을 형성하였다. 일 예에 따르면 상기 암색 차광층으로 AlOxNy층 또는 Al층/AlOxNy층을 증착 방법으로 형성할 수 있다. 이어서, 리버스 오프셋 인쇄기술에서 오프(off) 공정을 수행하는 클리쉐의 역할로서 상기 암색 차광층이 형성된 투명 기재를 이용하여, 도 13에 도시된 바와 같이, 홈부가 구비되지 않은 영역 상에 레지스트 패턴을 형성할 수 있다. 도 13에 따르면, 슬릿 노즐을 이용하여 포토레지스트를 코팅한 후, 차광층이 증착된 임프린팅 몰드에 접촉시켜, 포토레지스트의 일부를 암프린팅 몰드의 홈부가 구비되지 않은 표현으로 오프시킬 수 있으며, 오프되지 않은 나머지 포토레지스트를 클리닝 롤을 통하여 세척함으로써 연속 공정을 수행할 수 있다.
본 출원의 또 하나의 실시상태는 전술한 실시상태들에 따른 필름 마스크를 이용하여 패턴을 형성하는 방법을 제공한다. 이 방법은 기재 상에 감광성 수지 조성물을 도포하는 단계; 필름 마스크를 통하여 상기 도포된 감광성 수지 조성물에 노광하는 단계; 및 상기 감광성 수지 조성물을 현상하는 단계를 포함할 수 있다. 이 공정은 롤투롤 공정을 통하여 진행될 수 있다. 롤투롤 공정은 도 2와 같은 방식으로 수행될 수 있다. 상기 노광시, 상기 필름 마스크는 홈부가 구비된 면이 상기 감광성 수지 조성물에 가깝게 배치된다.
본 출원의 또 하나의 실시상태는 전술한 실시상태들에 따른 필름 마스크를 이용하여 형성된 패턴을 제공한다.
본 출원의 일 실시 상태에 따르면, 기재; 및 상기 기재 상에 구비된 감광성 수지 조성물을 이용하여 형성된 패턴을 포함하는 패턴 구조체로서, 상기 패턴은 두께 방향으로 상부와 하부를 구분하는 경계부를 포함한다. 상기 경계부는 하나의 층으로 이루어진 패턴의 표면에서 상기 경계부에 의하여 구분되는 2개의 영역이 표면 특성, 형태 등으로 구분되는 것일 뿐이며, 상기 2개의 영역의 재료가 달라지거나 상기 2개의 영역이 별도의 층으로 구분되는 것은 아니다. 예컨대, 상기 경계부는 상기 패턴이 형성된 기재로부터 동일한 높이에서 상기 패턴의 둘레를 가로지르는 선 또는 구조로 표시될 수 있다. 상기 기재로부터 동일한 높이에서 상기 패턴의 둘레를 가로지르는 구조는 홈부로 표시될 수도 있고 패턴의 두께 방향으로의 표면의 기울기가 급변하는 구조, 예컨대 기울기가 완만해지는 구조로 표시될 수도 있다.
상기와 같은 경계부는 전술한 실시상태들에 따른 필름 마스크의 홈부의 최대 깊이로부터 (홈부의 최대 깊이 - 암색 차광 패턴층의 두께)의 깊이까지의 영역과 홈부의 암색 차광 패턴층의 두께까지의 깊이의 영역을 구분한다. 여기서, 형성된 패턴 중 상기 경계부에 의하여 구분되는 2 영역 중 기판과 상대적으로 먼 영역을 상부, 기판과 상대적으로 가까운 영역을 하부라고 했을 때, 패턴의 상부는 필름 마스크의 홈부의 최대 깊이로부터 (홈부의 최대 깊이 - 암색 차광 패턴층의 두께)의 깊이까지의 영역에 대응하고, 패턴의 하부는 홈부의 암색 차광 패턴층의 두께까지의 깊이의 영역에 대응한다.
일 실시상태에 따르면, 상기 경계부에 의하여 구분되는 패턴의 상부와 하부는 표면 거칠기가 상이할 수 있다. 예컨대, 패턴의 상부의 표면 거칠기는 하부의 표면 거칠기보다 더 작거나 더 규칙적일 수 있다. 패턴의 상부는 필름 마스크의 홈부에 의하여 임프린팅된 상태에서 노광에 의하여 경화가 이루어지므로, 필름 마스크의 홈부의 내부 표면의 특성에 대응되는 표면 특성을 가질 수 있다. 반면, 패턴의 하부는 암색 차광 패턴층에 의하여 노광이 이루어지지 않는 부분이므로, 필름 마스크 홈부 내부 표면의 특성에 대응되지 않고, 상대적으로 좀더 크거나 불규칙한 표면 거칠기를 나타낼 수 있다.
일 실시상태에 따르면, 상기 패턴의 높이가 균일하다. 전술한 실시상태에 따른 필름 마스크를 사용하는 경우 홈부의 형태에 따라 패턴의 크기와 형태를 결정할 수 있으므로, 패턴의 높이를 균일하게 설정할 수 있다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만, 이하의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다.
실시예 1 및 비교예 1
도 9와 같이, 비교예 1에서는 투명 기재 상에 직경 15 마이크로미터의 개구부를 갖는 크롬으로 이루어진 암색 차광 패턴층을 형성하고, 실시예 1에서는 비교예 1의 상기 암색 차광 패턴층의 개구부에 대응하는 부분에 홈부(높이 2 마이크로미터, 하면 직경 15 마이크로미터, 하면 직경 11 마이크로미터, 반경 2 마이크로미터)를 형성하였다. 이때, 암색 차광 패턴층의 크롬층의 폭은 100 마이크로미터 초과이었다. 상기와 같은 패턴에 평행광 또는 확산광(λ=365 nm)을 조사하였을 때의 x(암색 차광 패턴층의 개구 중심으로부터의 거리, 도 10의 점선까지가 임프린팅 패턴이 형성된 위치임)에 따른 강도(normalized intensity)를 측정한 결과를 도 10에 나타내었다. 도 10의 (a)는 평행광 조사시, 도 10의 (b)는 확산광 조사시, 비교예 1과 실시예 1의 구조에서의 강도를 비교한 것이다. 비교예 1에 비하여 실시예 1에서 실제 개구 직경(15 마이크로미터)에 해당하는 영역에서 강도가 높게 나타난 반면, 비교예 1에서는 실제 개구 직경보다 큰 영역까지 강도가 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 이에 의하여 패턴 정밀도가 비교예 1에 비하여 실시예 1에서 높게 나타날 수 있음을 알 수 있다. 특히, 확산광 사용시 비교예 1에 비하여 실시예 1에서 패턴 크기의 확대를 방지할 수 있다. 또한, 평행광 사용시 확산광에 비하여 위치별 광원의 변동(fluctuation)이 더욱 안정적임을 확인할 수 있었다.
실시예 2
두께 250 마이크로미터의 PET 기재 위에 우레탄계 재료를 이용하여 부착층을 형성하고, 그 위에 감광성 수지층(UV 경화형 우레탄 아크릴 수지) 을 코팅한 후, 임프린트 방법으로 바닥면의 직경이 11.6 μm이고 깊이가 5 μm인 원기둥 형태의 홈부를 형성하였다. 이어서, 두께 100 nm의 Al층을 스퍼터링 방법으로 형성하였다. Al 층 위에 반응성 가스인 질소를 첨가하여 반응성 스퍼터링법(reactive sputtering)에 의하여 AlOxNy층(x>0, 0.3 ≤ y ≤ 1) 층을 형성하였다(도 14의 1). 이어서, 도 13과 같은 방법을 이용하여, 홈부 이외의 영역에 포토레지스트층을 형성한 후(도 14의 2), 식각액을 이용하여 홈부에 형성된 금속층 및 AlOxNy층을 제거하였다(도 14의 3). 이어서, 포토레지스트층을 스트립핑하였다(도 14의 4). 이어서, 우레탄 아크릴레이트계열의 표면 보호층을 코팅하여 형성하고, Si계 이형력 강화층을 형성하였다. 도 14에 Al/AlON층 증착 후 투명 기재의 표면을 나타낸 사진, 홈부 이외의 영역상에 포토레지스트를 인쇄한 표면을 나타낸 사진, 홈부 내의 Al/AlON을 에칭한 사진 및 포토레지스트를 제거한 사진을 나타내었다.
이와 같이 제조된 필름 마스크를 이용하여, 도 2와 같은 방법을 이용하여 감광성 우레탄 아크릴 UV 레진의 패턴화를 수행하여 얻어진 패턴의 사진을 도 15에 나타내었다(x1,500). 얻어진 패턴은 상부 직경이 11.6 μm, 하부 직경이 19.6 μm이었다.
도 15에 나타낸 바와 같이, 얻어진 패턴의 상부는 홈부의 형상이 그대로 전사되었음을 확인할 수 있다. 따라서, 패턴의 상부는 규칙적인 형태를 갖는 반면, 하부로 갈수록 상대적으로 두께의 증가폭이 더 커지는 형태를 나타내었다. 또한, 도 5에 비하여 잔막 불량이 현격히 감소되었음을 확인할 수 있었다. 또한, 필름 마스크의 홈부의 두께 만큼 패턴의 높이가 증가되었음을 확인할 수 있었다.
실시예 3
암색 차광 패턴층의 개구부 및 홈부가 선형인 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 실시하였다. 얻어진 패턴의 사진을 도 16에 나타내었다. 선형 패턴의 교차부의 상부 선폭은 11.2 μm이었으며, 교차부의 하부 선폭은 25.4 μm이었다
실시예 4
암색 차광 패턴층의 개구부가 도 17 (a)와 같은 원형이고, 홈부를 도 17 (b)와 같은 렌즈구조로 형성한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 실시하였다. 패턴 형성시, 패턴화하고자 하는 감광성 수지 조성물이 코팅된 기재의 바닥면까지 필름마스크를 밀착시킨 후 UV 경화시켰다. 얻어진 패턴을 도 17 (c)에 나타내었다.
실시예 5
암색 차광 패턴층의 개구부가 도 18 (a)와 같은 원형이고, 홈부를 도 18 (b)와 같은 렌즈구조로 형성한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 실시하였다. 패턴 형성시, 패턴화하고자 하는 감광성 수지 조성물이 코팅된 두께의 일부만이 홈부와 접하도록 한 후 UV 경화시켰다. 얻어진 패턴을 도 18 (c)에 나타내었다.
실시예 6
암색 차광 패턴층의 개구부가 도 19 (a)와 같은 삼각형이고, 홈부를 도 19 (b)와 같은 삼각기둥 구조로 형성한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 실시하였다. 패턴 형성시, 패턴화하고자 하는 감광성 수지 조성물이 코팅된 두께의 일부만이 홈부와 접하도록 한 후 UV 경화시켰다. 얻어진 패턴을 도 19 (c)에 나타내었다.
실시예 7
암색 차광 패턴층의 개구부가 도 20 (a)와 같은 원형이고, 홈부를 도 20 (b)와 같은 사각기둥 구조로 형성한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 실시하였다. 패턴 형성시, 패턴화하고자 하는 감광성 수지 조성물이 코팅된 두께의 일부만이 홈부와 접하도록 한 후 UV 경화시켰다. 얻어진 패턴을 도 20 (c)에 나타내었다.
실시예 8
암색 차광 패턴층의 개구부 및 홈부의 피치가 150 μm이고, 직경이 10 μm, 15 μm, 30 μm 및 50 μm이고, 제조된 패턴의 높이가 11 μm인 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 실시하였다. 이와 같이 제조된 필름 마스크를 이용하여 제조된 패턴의 사진(x 1500)을 도 21에 나타내었다.
실시예 9
암색 차광 패턴층의 개구부 및 홈부의 피치가 150 μm이고, 직경이 10 μm, 15 μm, 30 μm 및 50 μm이고, 제조된 패턴의 높이가 8 μm인 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 실시하였다. 패턴의 높이는 공정속도를 이용하여 조절하였다. 공정 속도가 늦어지면 높이가 낮아진다. 이와 같이 제조된 필름 마스크를 이용하여 제조된 패턴의 사진(x 1500)을 도 21에 나타내었다.
실시예 10
암색 차광 패턴층의 개구부 및 홈부가 선폭이 선형인 것을 제외하고는 실시예 9와 동일하게 실시하였다. 이때 패턴 형성시 공정 속도는 10 RPM이었으며, 패턴의 높이는 8.4 μm이었다. 제조된 패턴의 저배율(x110), 중배율(x300) 및 고배율(x1500)에서 얻은 사진을 도 22에 나타내었다.
실시예 11
암색 차광 패턴층의 개구부 및 홈부가 선폭이 선형인 것을 제외하고는 실시예 9와 동일하게 실시하였다. 이때 패턴 형성시 공정 속도는 15 RPM이었으며, 패턴의 높이는 11.3 μm이었다. 제조된 패턴의 저배율(x110), 중배율(x300) 및 고배율(x1500)에서 얻은 사진을 도 22에 나타내었다.

Claims (20)

  1. 투명 기재;
    상기 투명 기재 상에 구비된 암색 차광 패턴층; 및
    상기 암색 차광 패턴층이 구비되지 않은 영역에 구비된 홈부를 포함하는 필름 마스크.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 홈부는 상기 투명 기재에 직접 형성된 것인 필름 마스크.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 홈부는 상기 투명 수지 상에 구비된 별도의 수지층에 형성된 것인 필름 마스크.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 암색 차광 패턴층은 UV 영역대의 반사율이 약 30% 이하인 것인 필름 마스크.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 암색 차광 패턴층은 블랙매트릭스 재료, 카본 블랙계 재료, 다이(dye)가 혼합된 수지 및 AlOxNy(0 ≤ x ≤ 1.5, 0 ≤ y ≤ 1, x 및 y는 Al 1 원자에 대한 각각의 O 및 N의 원자 수의 비) 중 적어도 하나로 이루어진 것인 필름 마스크.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 투명 기재와 상기 암색 차광 패턴층 사이에 구비된 금속층을 추가로 포함하는 것인 필름 마스크.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 투명 기재와 상기 암색 차광 패턴층 사이에 구비된 금속층이 구비되고, 상기 필름 마스크는 상기 금속층의 두께가 서로 상이한 2 이상의 영역을 포함하거나, 상기 암색 차광 패턴층의 두께가 서로 상이한 2 이상의 영역을 포함하거나, 또는 상기 필름 마스크는 상기 투명 기재와 상기 암색 차광 패턴층 사이에 금속층이 구비된 영역과, 상기 투명 기재와 상기 암색 차광 패턴층이 직접 접하는 영역을 포함하는 것인 필름 마스크.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 암색 차광 패턴층 및 상기 홈부 상에 구비된 표면 보호층 및 이형력 강화층 중 적어도 하나를 추가로 포함하는 필름 마스크.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 암색 차광 패턴층과 투명 기재 사이에 구비된 부착층을 더 포함하는 필름 마스크.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 암색 차광 패턴층과 투명 기재 사이에 구비된 금속층을 포함하고, 상기 금속층과 상기 투명 기재 사이에 구비된 부착층을 더 포함하는 필름 마스크.
  11. 투명 기재 상에 홈부를 형성하는 단계; 및
    상기 투명 기재 상에 홈부가 구비되지 않은 영역 상에 암색 차광 패턴층을 형성하는 단계를 포함하는 청구항 1 내지 10 중 한 항에 따른 필름 마스크의 제조방법.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 투명 기재 상에 홈부를 형성하는 단계는
    투명 기재 상에 홈부 형성용 수지를 코팅하는 단계; 및
    마스터 몰드를 이용하여 상기 홈부 형성용 수지를 임프린팅하고, 노광하여 홈부를 형성하는 단계를 포함하는 것인 필름 마스크의 제조방법.
  13. 청구항 11에 있어서, 암색 차광 패턴층을 형성하는 단계는
    투명 기재의 홈부가 구비된 면 상에 암색 차광 패턴층 형성을 위한 재료를 이용하여 암색 차광층을 형성하는 단계;
    리버스 오프셋 인쇄 방법에 의하여 상기 암색 차광층 상의 홈부가 구비되지 않은 영역 상에 레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    상기 레지스트 패턴을 이용하여 홈부 내의 암색 차광층을 제거하는 단계; 및
    상기 레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것인 필름 마스크의 제조방법.
  14. 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항에 따른 필름 마스크를 이용하여 패턴을 형성하는 방법.
  15. 청구항 14에 있어서, 상기 패턴은 감광성 수지 조성물을 이용하여 형성하고, 홈부 영역에서 [마스크 굴절률 < 경화 후 감광성 수지 조성물의 굴절률 > 미경화 감광성 수지 조성물의 굴절률]의 관계를 만족하는 것인 방법.
  16. 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항에 따른 필름 마스크를 이용하여 형성된 패턴.
  17. 기재; 및 상기 기재 상에 구비된 감광성 수지 조성물을 이용하여 형성된 패턴을 포함하고, 상기 패턴은 두께 방향으로 상부와 하부를 구분하는 경계부를 포함하는 패턴 구조체.
  18. 청구항 17에 있어서, 상기 경계부는 상기 패턴이 형성된 기재로부터 동일한 높이에서 상기 패턴의 둘레를 가로지르는 선 또는 구조인 것인 패턴 구조체.
  19. 청구항 17에 있어서, 상기 경계부에 의하여 구분되는 패턴의 상부와 하부는 표면 거칠기가 상이한 것인 패턴 구조체.
  20. 청구항 17에 있어서, 상기 패턴의 높이가 균일한 패턴 구조체.
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