KR102007428B1

KR102007428B1 - 글라스 지지체에 의하여 지지되는 금속 박막의 제조방법

Info

Publication number: KR102007428B1
Application number: KR1020180027639A
Authority: KR
Inventors: 오윤석; 윤준로; 조서영; 이경진
Original assignee: 코닝 인코포레이티드
Priority date: 2017-03-09
Filing date: 2018-03-08
Publication date: 2019-08-05
Anticipated expiration: 2038-03-08
Also published as: CN116444176A; JP2020514232A; US11584683B2; TWI681938B; TW201843123A; US20230174420A1; CN110520392B; CN110520392A; US20200407272A1; KR20180103747A

Abstract

글라스 지지체에 의하여 지지되는 금속 박막 제조방법은, 상면에 층이 형성된 글라스 기판을 준비하는 준비 단계와; 하면으로부터 상기 글라스 기판의 국부 영역을 에칭하여 상기 층을 하방으로 노출시키는 에칭 단계;를 포함한다. 상기 층은 금속 박막을 포함한다. 상기 에칭 단계는, 불산을 포함하고 질산 및 황산 중 적어도 하나를 포함하는 제1 에칭액을 사용하여, 상기 글라스 기판의 두께 미만의 깊이로 상기 글라스 기판을 제1 에칭하는 제1 에칭 단계와, 불산을 포함하고 질산 및 황산을 포함하지 않는 제2 에칭액을 사용하여, 상기 제1 에칭된 부위를 제2 에칭하여 상기 층을 하방에 노출시키는 제2 에칭 단계를 포함할 수 있다.

Description

글라스 지지체에 의하여 지지되는 금속 박막의 제조방법{METHOD OF FABRICATING A METAL THIN FILM SUPPORTED BY A GLASS SUPPORT}

본 발명은 글라스 지지체에 의하여 지지되는 금속 박막의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 금속 박막을 포함하는 층이 상면에 형성된 글라스 기판의 국부 영역을 에칭하여 제거하는, 글라스 지지체에 의하여 지지되는 금속 박막의 제조방법에 관한 것이다.

금속 박막을 필요로 하는 다양한 기술 분야가 존재한다. 더 나아가, 나노 미터 또는 마이크로 미터 스케일의 두께의 금속 박막을 필요로 하는 다양한 기술 분야가 존재한다.

도 1은 종래의 글라스 지지체(10b)에 의하여 지지되는 금속 막(21)을 제조하는 방법을 개략적으로 보여주는 도면이다.

도시한 바와 같이, 글라스 기판(10)의 국부적 영역을 관통시켜 얻은 글라스 지지체(10b)를 프리 스탠딩 금속 막(21)에 용접(welding)하여, 글라스 지지체(10b)에 의하여 지지되는 금속 막(21)을 얻는다. 그러나, 미터 또는 마이크로 미터 스케일의 두께의 프리 스탠딩 금속 박막을 제조하기가 쉽지 않고, 제조한다고 하더라도 제조 비용이 비효율적으로 높아지고 프리 스탠딩 금속 박막의 핸들링이 용이하지 않다는 한계가 존재한다.

따라서, 도 1의 방법은, 글라스 지지체(10b)에 의하여 지지되는 금속 박막(21)의 제조방법으로서 현실적이지 않고, 상기한 한계점을 극복할 수 있는 다른 방법이 요구된다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명은 글라스 지지체에 의하여 지지되는 금속 박막을 얻는데 목적이 있다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은, 상면에 층이 형성된 글라스 기판을 준비하는 준비 단계와; 하면으로부터 상기 글라스 기판의 국부 영역을 에칭하여 상기 층을 하방으로 노출시켜 인치 스케일의 노출 영역을 생성하는 에칭 단계;를 포함하는 글라스 지지체에 의하여 지지되는 금속 박막의 제조방법을 제공한다. 상기 층은 금속 박막을 포함한다. 상기 인치 스케일의 노출 영역이란, 노출되는 면적의 외접원의 직경이 1 인치 이상인 것을 의미한다. 상기 에칭 단계는, 불산을 포함하고 질산 및 황산 중 적어도 하나를 포함하는 제1 에칭액을 사용하여, 상기 글라스 기판의 두께 미만의 깊이로 상기 글라스 기판을 제1 에칭하는 제1 에칭 단계와, 불산을 포함하고 질산 및 황산을 포함하지 않는 제2 에칭액을 사용하여, 상기 제1 에칭된 부위를 제2 에칭하여 상기 층을 하방에 노출시키는 제2 에칭 단계를 포함할 수 있다.

상기한 구성에 따르면, 본 발명은 글라스 지지체에 의하여 지지되는 나노 미터 또는 마이크로 미터 스케일의 두께의 금속 박막을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 금속 박막의 손상을 최소화하면서 글라스 기판을 선택적으로 에칭할 수 있다.

또한, 에칭액에 의한 금속 박막 손상이 최소화되므로, 배리어 막의 두께를 최소화할 수 있으며, 금속 박막의 두께 역시 줄일 수 있다.

또한, 동일 글라스 기판 내 위치에 따른 글라스의 두께 편차의 허용치가 증가하여, 정밀 글라스를 생산하기 위하여 요구되는 비용을 줄일 수 있다.

도 1은 종래의 글라스 지지체에 의하여 지지되는 금속 박막을 제조하는 방법을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예예 따라 글라스 지지체에 의하여 지지되는 금속 박막을 제조하는 방법을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 글라스 지지체에 의하여 지지되는 금속 박막을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 4는 도 3의 실시예에서, 2차 에칭에 앞서, 1차 에칭된 글라스 기판-배리어 막-금속 박막의 단면을 보여주는 이미지이다.
도 5는 도 3의 글라스 지지체에 의하여 지지되는 금속 박막을 하방 으로부터 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 글라스 지지체에 의하여 지지되는 금속 박막을 개략적으로 보여주는 도면이다.

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

본 명세서에서 상면, 하면, 상방, 하방, 등 방향에 관련된 기재는 도면을 참조하여 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 실제 방향을 나타내기 위한 것은 아니다. 예컨대, 상면과 하면은 서로 반대되는 면을 나타내는 것일 뿐 실제 응용에 있어서는 상방 및 하방 외의 다른 방향을 향하고 있을 수 있는 것이다.

본 발명은 글라스 기판에 형성된 나노 미터 또는 마이크로 미터 스케일의 두께의 금속 박막의 손상을 최소화하는 글라스 기판의 선택적 에칭 공정에 관한 것이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예예 따라 글라스 지지체(10b)에 의하여 지지되는 금속 박막(21)을 제조하는 방법을 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 글라스 지지체(10b)에 의하여 지지되는 금속 박막(21)을 개략적으로 보여주는 도면이며, 도 4는 도 3의 실시예에서 1차 에칭된 글라스 기판(10c)-배리어 막-금속 박막의 단면을 보여주는 이미지이고, 도 5는 도 3의 글라스 지지체(10b)에 의하여 지지되는 금속 박막(21)을 하방 으로부터 보여주는 도면이다.

도시한 바와 같이, 도 2 및 도 3의 방법에서는, 먼저 상면에 층(20)이 형성된 글라스 기판(10)을 준비한다 (준비 단계). 그리고 나서, 하면으로부터 상기 글라스 기판(10)의 국부 영역(10a)을 에칭하여 상기 층(20)을 하방으로 노출시킨다 (에칭 단계). 상기 층(20)은 금속 박막(21)을 포함한다. 준비 단계에서, 상기 층(20)은 증착에 의하여 상기 글라스 기판(10)의 상면에 형성될 수 있다.

종래의 글라스 기판의 선택적 에칭은 다음과 같이 이루어진다. 먼저, 글라스 기판(10)에 내산 필름을 붙인 후, 이를 패터닝한다. 그리고 나서, 패터닝된 내산 필름을 마스크로 하여 에칭액과 글라스 기판 사이의 물리적 접촉을 유도하여 화학적 에칭을 한다.

일반적으로 실리콘 기판과 같은 반도체 기판의 에칭에는 불산(HF)을 포함하는 에칭액이 사용된다. 그러나, 이러한 반도체 기판 에칭용 에칭액을 글라스 기판의 에칭에 사용하면, 에칭 시간이 길어 내산 필름이 손상되는 문제가 있다. 따라서 글라스 기판 에칭용 에칭액은, 에칭 속도를 높이기 위하여 불산과 함께 글라스 조성에 따라 질산(HNO₃), 황산(H₂SO₄) 등의 적합한 다양한 물질을 포함한다.

한편, 금속 박막(21)이 형성된 글라스 기판(10)의 에칭 시, 불산에 의하여 금속 박막(21)이 손상되는 것을 방지하기 위하여, 금속 박막(21)과 글라스 기판(10)의 사이에 배리어 막(Barrier layer)(23)을 형성할 수 있다. 배리어 막(23)은, 크롬(Chromium)을 함유하거나, 크롬 및 하프늄을 함유할 수 있다. 어떠한 실시예들에서, 크롬은 주 성분이고, 하프늄은 배리어 막의 전체 중량 대비 60% 미만일 수 있고 불산에 대한 내산성을 고려할 때 크롬 보다는 작은 함량으로 포함될 수 있다. 이러한 배리어 막(23)은 질산 및 황산에 의하여 쉽게 손상되고, 결과적으로 금속 박막(21)도 에칭액에 의해 손상되거나 오염된다. 어떠한 실시예들에서, 배리어 막은, i) SiC 또는 테프론 계열의 내산 필름을 라미네이트하여 형성하거나, ii) 내산 용액을 코팅하여 형성하거나, iii) 증착하여 형성할 수 있다. 어떠한 실시예들에서, 배리어 막은, 0.001 ~ 5 마이크로 미터의 두께를 가질 수 있다. 이러한 실시예들 중 어떠한 실시예들에서, 배리어 막은 0.001~1 마이크로 미터의 두께를 가질 수 있다.

에칭액에 의한 손상을 방지하기 위해서는, 수 나노미터 스케일의 정밀한 에칭이 필요하나, 습식 에칭 공정의 특성 상 이러한 정밀도는 불가능하다. 또한 글라스 기판(10) 자체의 두께 편차에 의해 부분적으로 과에칭이 발생하는 경우, 금속 박막(21)의 손상이 발생한다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 글라스 기판(10)에 형성된 금속 박막(21)의 손상을 최소화하는 선택적 에칭을 위해 에칭 공정을 두 단계로 나누어 진행한다. 제1 에칭 단계에서는, 제1 에칭액을 사용하여 글라스 기판(10)의 두께 미만의 깊이로 글라스 기판(10)을 제1 에칭한다. 예컨대, 에칭 깊이는 기측정된 에칭 속도(단위 시간 당 에칭 깊이)에 에칭 경과 시간을 곱하여 얻을 수 있다. 제2 에칭 단계에서는, 제2 에칭액을 사용하여 제1 에칭된 부위를 제2 에칭하여 층(20)을 하방에 노출시킨다.

제1 에칭액은, 글라스 기판(10)의 빠른 에칭을 위해 일반적인 글라스 에칭액 HF에 HNO₃, H₂SO₄ 등의 화학 물질을 일정 비율로 섞어 사용한다. 예컨대, 중량비를 기준으로 HF(20%): HNO₃: H₂SO₄ = 1 : 1 : 1의 혼합비를 가질 수 있다. 화학 물질은 글라스 조성에 따라 변경한다. 이러한 화학 물질 첨가로 에칭 시간은 순수 HF 사용 대비 50% 이상 감소시킬 수 있다. 결과적으로 글라스 기판(10) 상에 형성된 금속 박막(21)에 근접하게 글라스 기판(10)을 빠르게 에칭할 수 있다. 에칭 시간은 예컨대, 수초에서 수십분 동안 수행될 수 있다. 에칭 온도는 일반적으로 80℃를 초과하지 않는다.

제2 에칭액은, 순수 HF만을 사용할 수 있다. HF는 크롬 또는 크롬-하프늄과의 반응성이 약하여 금속 박막(21)에 손상을 최소화하면서 글라스 기판(10)만을 선택적으로 에칭할 수 있다.

어떠한 실시예들에서, 제1 에칭액은 불산 5~100 중량%, 질산 0~50 중량% 및 황산 0~50 중량%를 포함하고, 제2 에칭액은 불산 50~100 중량%를 포함할 수 있다.

상기 에칭은 습식 에칭일 수 있다. 각 에칭 단계에서는 글라스 기판(10)의 조성, 두께, 에칭 하고자 하는 모양 및 면적에 따라 스프레이 방법으로 에칭하거나, 복수의 글라스 기판(10)을 배치 방식으로 에칭할 수 있다.

어떠한 실시예들에서 상온 및 상압 조건에서, 제1 에칭의 속도는 10 마이크로 미터/분 이하이고, 제2 에칭의 속도는 0.1~1 마이크로 미터/분일 수 있다. 그러나, 에칭의 속도는 에칭액의 온도, 주변 온도 및 습도에 따라 달라질 수 있다.

글라스 기판(10)은 소다라임 글라스를 포함할 수 있다. 또한, 글라스 기판(10)은 무알카리 글라스를 포함할 수 있다. 또한, 글라스 기판(10)은 이온 강화가 가능한 글라스 (이온 강화 전의 글라스)를 포함할 수 있다. 예컨대, 글라스 기판(10)으로 Corning Incorporate 사의 Gorill^® 글라스 또는 EXG^® 글라스가 사용될 수 있다.

전형적으로 본 발명은, 에칭에 의하여 노출되는 층(20)의 노출 영역(20a)의 노출되는 면적의 외접원의 직경이 1 인치 이상인 경우에 적용될 수 있다. 어떠한 실시예에서는, 노출되는 면적의 외접원의 직경이 3 인치 이상일 수 있다. (예컨대, 도 6에서와 같이, 국부 영역(10a) (따라서, 노출 영역(20a))이 사각형 형태를 갖는다면, 노출 영역의 노출되는 면적의 외접원의 직경은 그 사각형의 대각선의 길이가 된다.)

어떠한 실시예들에서, 글라스 기판(10)의 상면에 금속 박막(21)을 형성하기에 앞서, 글라스 기판(10)의 상면에 금속 박막(21)의 형성에 도움을 주는 씨드층을 형성하고, 씨드층의 상면에 금속 박막(21)을 형성할 수 있다. 씨드층은 전도성 금속을 포함할 수 있다.

금속 박막(21)은 i) Cr sigle layer, ii) Cr-Hf alloy single layer iii) Cr-Ag multilayer 또는 Cr-Ti-Cu multilayer 등일 수 있다. 금속 박막(21)은 나노 미터 또는 마이크로 미터 스케일의 두께를 가질 수 있다. 일 실시예에 따르면, 금속 박막(21)은 어떠한 실시예들에서 10 마이크로미터 이하의 두께를 가질 수 있다. 금속 박막(21)은 어떠한 실시예들에서 1~5 마이크로 미터의 두께를 가질 수 있다.

금속 박막(21)은, 에칭 단계 전에 이미 패터닝된 금속 박막일 수도 있고, 에칭 단계 후에 금속 박막(21)을 패터닝하는 단계를 추가적으로 포함할 수도 있다. 미세 관통홀이 패터닝된 금속 박막은, 증착용 미세 패턴 마스크, 수처리 필터 등으로 활용될 수 있다. 또한, 금속 박막에 세라믹 코팅 등을 하여 배터리 분리막으로 활용이 가능하다.

도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 글라스 지지체(10b)에 의하여 지지되는 금속 박막(21)을 개략적으로 보여주는 도면이다.

도시한 바와 같이, 국부 영역(10a)은 상호 이격된 복수의 국부 영역(10a)을 포함할 수 있다. 복수의 국부 영역(10a)은 행열 (도 6에서는 3*4 행열)로 배열될 수 있다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고, 다양한 형태의 배열을 가질 수 있다. 또한 단일 국부 영역(10a)(따라서, 노출 영역(20a))의 형태도 사각형에 한정되는 것은 아니고 다양한 다른 형태를 가질 수 있다.

10: 글라스 기판, 10a: 국부 영역
10b: 글라스 지지체, 20: 층
20a: 노출 영역, 21: 금속 박막,
23: 배리어 막

Claims

상면에 층이 형성된 글라스 기판을 준비하는 준비 단계와;
하면으로부터 상기 글라스 기판의 국부 영역을 에칭하여 상기 층을 하방으로 노출시켜 노출 영역을 생성하는 에칭 단계;를 포함하고,
상기 층은 금속 박막을 포함하고,
상기 에칭 단계는,
불산을 포함하고 질산 및 황산 중 적어도 하나를 포함하는 제1 에칭액을 사용하여, 상기 글라스 기판의 두께 미만의 깊이로 상기 글라스 기판을 제1 에칭하는 제1 에칭 단계와,
불산을 포함하고 질산 및 황산을 포함하지 않는 제2 에칭액을 사용하여, 상기 제1 에칭된 부위를 제2 에칭하여 상기 층을 하방에 노출시키는 제2 에칭 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 글라스 지지체에 의하여 지지되는 금속 박막 제조방법.
제1 항에 있어서,
상기 글라스 기판은 소다라임 글라스를 포함하는 것을 특징으로 하는 글라스 지지체에 의하여 지지되는 금속 박막 제조방법.
제1 항에 있어서,
상기 글라스 기판은 무알카리 글라스를 포함하는 것을 특징으로 하는 글라스 지지체에 의하여 지지되는 금속 박막 제조방법.
제1 항에 있어서,
상기 글라스 기판은 이온 강화가 가능한 글라스를 포함하는 것을 특징으로 하는 글라스 지지체에 의하여 지지되는 금속 박막 제조방법.
제1 항에 있어서,
상기 노출 영역은 노출되는 면적의 외접원의 직경이 1 인치 이상인 것을 특징으로 하는 글라스 지지체에 의하여 지지되는 금속 박막 제조방법.
제5 항에 있어서,
상기 노출 영역은 노출되는 면적의 외접원의 직경이 3 인치 이상인 것을 특징으로 하는 글라스 지지체에 의하여 지지되는 금속 박막 제조방법.
제1 항에 있어서,
상기 준비 단계는,
상기 글라스 기판의 상면에 씨드층을 형성하는 것과,
상기 씨드층의 상면에 상기 금속 박막을 형성하는 것을 포함하고,
상기 씨드층은 전도성 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 글라스 지지체에 의하여 지지되는 금속 박막 제조방법.
제1 항에 있어서,
상기 층은 상기 금속 박막과 상기 글라스 기판의 사이에 형성되는 배리어 막을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 글라스 지지체에 의하여 지지되는 금속 박막 제조방법.
제8 항에 있어서,
상기 배리어 막은 크롬을 함유하거나 크롬 및 하프늄을 함유하는 것을 특징으로 하는 글라스 지지체에 의하여 지지되는 금속 박막 제조방법.
제8 항에 있어서,
상기 배리어 막은, i) SiC 또는 테프론 계열의 내산 필름을 라미네이트하여 형성하거나, ii) 내산 용액을 코팅하여 형성하거나, iii) 증착하여 형성하는 것을 특징으로 하는 글라스 지지체에 의하여 지지되는 금속 박막 제조방법.
제8 항에 있어서,
상기 배리어 막은, 0.001~5 마이크로 미터의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 글라스 지지체에 의하여 지지되는 금속 박막 제조방법.
제1 항에 있어서,
상기 제1 에칭의 속도는 10 마이크로 미터/분 이하이고, 상기 제2 에칭의 속도는 0.1~1 마이크로 미터/분인 것을 특징으로 하는 글라스 지지체에 의하여 지지되는 금속 박막 제조방법.
제1 항에 있어서,
상기 제1 에칭액은 불산 5~100 중량%, 질산 0~50 중량% 및 황산 0~50 중량%를 포함하고,
상기 제2 에칭액은 불산 50~100 중량%를 포함하는, 글라스 지지체에 의하여 지지되는 금속 박막 제조방법.
제1 항에 있어서,
상기 에칭은 습식 에칭인 것을 특징으로 하는 글라스 지지체에 의하여 지지되는 금속 박막 제조방법.
제1 항에 있어서,
상기 금속 박막은 나노 미터 또는 마이크로 미터 스케일의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 글라스 지지체에 의하여 지지되는 금속 박막 제조방법.
제15 항에 있어서,
상기 금속 박막은 1~5 마이크로 미터의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 글라스 지지체에 의하여 지지되는 금속 박막 제조방법.
제1 항에 있어서,
상기 금속 박막은 패터닝된 금속 박막이거나,
상기 에칭 단계 후에 상기 금속 박막을 패터닝하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 글라스 지지체에 의하여 지지되는 금속 박막 제조방법.
제1 항에 있어서,
상기 글라스 기판은 복수의 글라스 기판을 포함하고,
상기 에칭 단계에서는 상기 복수의 글라스 기판을 배치 방식으로 에칭하는 것을 특징으로 하는 글라스 지지체에 의하여 지지되는 금속 박막 제조방법.
제1 항에 있어서,
상기 국부 영역은 상호 이격된 복수의 국부 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 글라스 지지체에 의하여 지지되는 금속 박막 제조방법.
제19 항에 있어서,
상기 복수의 국부 영역은 행열로 배열되는 것을 특징으로 하는 글라스 지지체에 의하여 지지되는 금속 박막 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 금속 박막은 크롬 단층, 크롬-하프늄 합금 단층, 크롬-은 다층 및 크롬-티타늄-구리 다층 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 글라스 지지체에 의하여 지지되는 금속 박막 제조방법.
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