JP6660459B2 - 複合加工方法を用いたシャドウマスクの製造方法及びこれにより製造されたシャドウマスク - Google Patents

複合加工方法を用いたシャドウマスクの製造方法及びこれにより製造されたシャドウマスク Download PDF

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Description

本発明は、メタルシャドウマスクを製造する方法及びシャドウマスクに関し、ウェットエッチングによる方法とレーザー加工方法を複合的に用いて、ウェットエッチングパターン及びレーザー加工パターンからなるマスクパターンが実現された、複合加工方法を用いたシャドウマスクの製造方法及びこれにより製造されたシャドウマスクに関する。
一般に、有機ELや有機半導体素子などの製造の際に、真空蒸着工程などにメタルマスクを使用する。
このようなメタルマスクは、多数の円形ホールやテーパー状の3次元ホール構造を有するものであって、基板にマスクを整列させ、所望のパターンの発光層を基板上の特定の領域に蒸着することで、有機ELなどの半導体素子を製造するものである。
従来のメタルマスクの製造方法としては、米国特許第5348825号明細書、第5552662号明細書などに開示されている化学的ウェットエッチングによるシャドウマスクの製造方式があり、この方法により、現在産業現場で適用されるシャドウマスクが製作されている。
前記従来技術に係る方法を図1を参照して簡単に説明すると、次の通りである。
1.レジストコーティング(Resist coated):メタルフィルム(1)の両面にフォトレジスト(2)をコーティングする。
2.パターンコーティング(Pattern coated):ガラスマスク(又は石英(Quartz)マスク)(3)のパターンを用いてフォトレジスト(2)に選択的に露光を実行する。
3.現像(Developed):フォトレジスト(2)上に前記ガラスマスク(又は石英マスク)(3)のパターンが転写されると、その後、これを形成するために使用されたガラスマスク(3)を除去し、現像工程(development)を用いて選択的にフォトレジストを除去する。
4.第1エッチング(1st etched):その後、パターンが形成されたフォトレジストの上面にウェットエッチング(wet etching)工程を用いて、フォトレジストの除去された部分(フォトレジスト開口部)にエッチング液によってメタルフィルムの一部を除去する。
5.充填(Filled):ウェットエッチングによってメタルフィルムの一部が除去された上面にアンチエッチングパッキング(anti−etching packing)材料を充填する。前記アンチエッチングパッキング(anti−etching packing)材料の充填は、下面に対するエッチングを実行する際に、第1エッチングによって形成されたメタルフィルムの上面の形状を保存するためである。
6.第2エッチング(2nd etched):メタルフィルム1の下面に対するエッチングを実行する。
7.除去(Removed):アンチエッチングパッキング(anti−etching packing)材料及びフォトレジストを除去すると、最終的にメタルシャドウマスクが製造される。
前述の工程は、ウェットエッチングによるメタルシャドウマスクを製造する代表的な手順を羅列しており、この手順に基づいていろいろな変形プロセスが開発されて適用されている。例えば、「5.充填(Filled)」工程を省略することもあり、両面を同時にエッチングすることもある。ところが、普遍的には、図1に示されている化学的ウェットエッチング工程を経てメタルマスクが作られるという点は似ている。
一般に、ウェットエッチングは、図2に示すように等方性を有する特徴がある。すなわち、フォトレジストの開口部から、エッチング液(etchant)は全方向に対して同一の強度で作用してメタル材料を除去するので、エッチング後に残されたメタル材料の断面形状は図3に示すように半円状をする。したがって、最終的に形成されたメタルマスクは、厚さの非常に薄い開口部の周辺(図中の丸囲み部分を参照)を含む。
このように、開口部の周辺の薄い厚さは、開口部の大きさと形状を精密かつ安定的に確保することに不利な要素として作用する。
このような理由から、一般なメタルマスクは、メタルフィルムから片面(上面或いは下面)に対してのみウェットエッチングを実行せず、図3の如く両面に対するエッチングを全て実行する。両面に対するウェットエッチングは、従来の発明米国特許第5348825号明細書、第5552662号明細書などに開示されている様々な方式で実行される。
これらの方式は、上面に対するエッチングによって構成された面と、下面に対するエッチングによって構成された面とが出会う交差線(断面図では交差点)を形成する。また、いずれか一方の面に対するエッチングを弱い強度で実行することにより、サイズの小さいテーパー状(図3の32)が含まれているメタルマスクを実現することができるようにする。このようなテーパー状は、開口部の寸法及び形状安定性を確保することができるようにする。このような理由により、ウェットエッチング方式の先行研究ではアンダーカットの高さ(図3におけるt)を総厚さTの30〜40%で請求している。
ところが、このようなテーパー状は、ウェットエッチングの等方的性質によって形成されたため、結果的にアンダーカット(under−cut)の形状にのみ形成されるしかなくなる。
これは、これから作られたメタルマスクを用いてディスプレイ装置の基板上に有機発光物質を蒸着する過程でその限界点を示すが、メタルマスクの開口部を介して有機発光物質が蒸着される過程で、このようなアンダーカット(under−cut)は、有機発光物質が基板に均質に蒸着されないようにする作用をする。
すなわち、アンダーカット(under−cut)に対応する基板の位置で有機発光物質の漸進的な蒸着をもたらし、蒸着された有機発光物質の境界部を不明確にして、結果的に、この過程を経て製造されたディスプレイ装置の性能低下をもたらす。
一方、現在、300ppiレベルまではウェットエッチングによって可能であると知られている。しかし、QHD(約500ppiレベル)又はそれ以上のUHD(約800ppi)の解像度を実現することは、ウェットエッチング方式のみでは難しい。
図4はウェットエッチングが持つ等方性の形状について説明するものであって、各形状因子(factor)(A、B、D、E、T、ピッチ(pitch)、及びエッチファクター(Etch factor))間の相関関係について式(1)、(2)、(3)で説明している。
図4は、単に、これらの形状因子の関係式を用いて、ウェットエッチング方式が高解像度を実現することに限界があるという点を説明するためのものなので、両面エッチングに対する図面としては示していない。
一般に、高解像度になるほど、図4でさらに小さい値のピッチ(pitch)が要求され、それにより幅B(width(B))の値も益々さらに小さくなるしかない。式(3)によれば、幅B(width(B))の値が小さくなるためにはさらに小さい値のPR幅(A)(PR width(A))又は深さD(depth(D))が要求される。
しかし、PR幅A(PR width(A))は無限小の値にすることができない。なぜなら、非常に小さなPR幅の値は、一般に露光工程によって形成される特徴により、実現の限界があるばかりか、たとえ実現されたとしても、エッチング性能を低下させる要因として作用するためである。
深さD(depth(D))の値も小さい値に設定することに限界を持つ。なぜなら両面エッチング方式を想定しても、深さD(depth(D))を小さい値にするほど、図3を参照するとアンダーカットの大きさが大きくなって有機発光物質が基板に均質に蒸着されないようにする要因となる。ところが、メタルマスクの厚さTを小さくすることも、メタルシート(metal sheet)のハンドリング(handling)の面で限界がある。
また、ウェットエッチングのみで高解像度の実現が難しいもう一つの理由は、微細構造物の平面図の形状から見つけることができる。
ウェットエッチングが持つ等方性は、断面形状だけでなく、平面図においてもその特徴が現れるが、図5に示すように加工された実際の形状が3D上では器形状であるため、平面図上で四隅がシャープ(sharp)に角張らず、ラウンド(round)形状を有する。このような特徴は、角がシャープ(sharp)な四角形又は多角形の蒸着領域が要求されるディスプレイ応用、特にQHD又はUHDのような高解像度の要求に対応することを難しくする要因となる。
したがって、従来のウェットエッチング方式のみでは、上述したような形状因子の相関関係及び限界によりQHD(約500ppiレベル)又はそれ以上のUHD(約800ppi)の解像度を実現するには困難がある。
一方、最近では、超短パルスレーザーを用いたメタルシャドウマスクの製造が試みられているが、代表的な技術としては、韓国公開特許第10−2013−0037482号公報と同第10−2015−0029414号公報などがあり、本出願人も、それに関連した発明を出願(韓国特許出願番号第10−2014−0182140号、同第10−2015−0036810号)したことがある。
レーザーによるメタルシャドウマスクの基本的な工程は、図6に記述しているように、
1.マスクホールの形状に対応して設けられた第1閉曲線に沿ってレーザービームを移送させながら基板にレーザービームを照射する第1照射段階と、
2.前記第1閉曲線の内部に配置され、前記第1閉曲線よりも内部面積が小さい第2閉曲線に沿ってレーザービームを移送させながら基板にレーザービームを照射する第2照射段階とを含み、レーザーを用いてマスクを製造するのである。また、
3.基板上でマスクホールが形成された位置に、第1エネルギーを持つレーザービームを照射する第1照射段階と、前記第1エネルギーよりも小さい第2エネルギーを持つレーザービームを、前記第1照射段階でレーザービームが照射された同一の位置に照射する第2照射段階とを含んでなるのである。
このようなレーザーを用いたメタルマスクの製造方法は、加工されるメタルマスクの精度を高めるために、主に超短パルスレーザーを用いて低強度(intensity)の条件で多数のパルスを累積してメタル(metal)材料の漸進的除去或いは実行する。
このような方法の最も大きい利点は、特定の光学系を構成するか、或いはそれと一緒にレーザーの強度やパルスのモジュレーションに変化などを与えることにより、メタル材料に照射されるレーザーの強度又はエネルギー分布を特定することができるという点である。
例えば、特定のエネルギー分布を持つように光学系を構成し、レーザー及び基板の相対運動を制御して、アンダーカットなどが含まれていない適切なテーパーのような形状のメタルマスクを製造することができる(図7参照)。
しかし、このような方式で最も大きい限界として認識されている点は、実際の産業現場で使用することができる程度の生産性を確保するのに難点があるという点である。
すなわち、レーザーを用いた加工方式は、レーザーからパルストレイン(pulse train)で持続的にエネルギーをメタル材料に印加して、材料の表面から漸進的にメタルの除去を誘導して加工が行われるが、このとき、高いエネルギーのパルスを印加すると、加工速度(除去される材料の量)は増加するものの、メタル材料は十分に熱を放出しないで累積することにより、加工品質は低下する結果をもたらす。
これだけではなく、高いエネルギーのパルスが印加される加工面の反対面にバリ(Burr)の発生をもたらすこともある。レーザーからのエネルギーパルスは、メタル材料に印加されて漸進的加工を進め、これから貫通形状を誘導するが、これは貫通の前にメタル材料がほとんど除去された、非常に薄くなった状態で高いエネルギーパルスによる衝撃が、加工反対面にメタル材料を突出させる力として作用するからである。インバー(invar)材料の場合、このような突出バリの突出高さは、加工面の裏面を基準に数ミクロンから数十ミクロンの大きさに至ることもある。
このような加工面の裏面に形成された突出バリが含まれているシャドウマスクで有機物を蒸着する場合、ガラスダメージをもたらすこともあり、シャドウマスクとガラスとの間に完全に密着して面接触せずにシャドウマスクを浮き立つようにして、結果的にシャドウ効果により蒸着性を低下させる原因となっている。
結局、良い加工品質を確保するためには、加工に必要な最小限のエネルギーで複数のショット(shot)にわたって非常に少しずつ加工する方式が取られなければならないが、これは十分な生産性を確保し難くする要因として作用する。
米国特許第5348825号明細書 米国特許第5552662号明細書 韓国公開特許第10−2013−0037482号公報 韓国公開特許第10−2015−0029414号公報 韓国特許出願番号第10−2014−0182140号 韓国特許出願番号第10−2015−0036810号
本発明は、かかる問題点を解決するためのもので、その目的は、ウェットエッチングによる方法とレーザー加工方法とを複合的に用いて、レーザー加工パターン及びウェットエッチングパターンからなるマスクパターンが実現された、複合加工方法を用いたシャドウマスクの製造方法、及びこれにより製造されたシャドウマスクを提供することにある。
上記の目的を達成するために、本発明は、マスクパターンが形成されたシャドウマスクの製造方法において、ベースの上側でウェットエッチングを実行してウェットエッチングパターンを形成するウェットエッチング段階と、前記ウェットエッチングパターンが形成されたベースの上側又は下側でレーザー加工を実行して、前記ウェットエッチングパターンに連続するレーザー加工パターンを形成するレーザー加工段階とを含んでなることを特徴とする、複合加工方法を用いたシャドウマスクの製造方法及びこれにより製造されたシャドウマスクを技術的要旨とする。
また、前記レーザー加工段階は、前記ベースの上側に、製造しようとするシャドウマスクのマスクパターンに対応するマスキングパターンが設けられたマスキング部を形成して、前記マスキング部の上側からレーザービームを照射することが好ましい。
ここで、前記マスキング部は複数設けられ、各マスキング部には互いに異なる幅を有するマスキングパターンが形成され、前記マスキング部の上側からレーザービームを照射する過程は、前記複数のマスキング部それぞれを用いて前記マスキング部の上側からレーザービームを照射する複数回のレーザービーム照射過程を含むことが好ましい。
また、前記複数のマスキング部それぞれを用いて前記レーザービームを照射する過程において、前記複数回のレーザービーム照射段階のうち、最後のレーザービーム照射段階に行くほど、幅が狭い開口形状のマスキングパターンを有するマスク部を用いてレーザービームを照射することが好ましい。
また、前記マスキング部は、前記ベースの上側に、フォトリソグラフィー工程によるフォトレジストからなるマスキングパターンが形成され、前記マスキング部の上側からレーザービームを照射する過程は、前記マスキング部のマスキングパターンにおけるフォトレジストの除去された部位にレーザービームを照射することが好ましい。
また、前記マスキング部は、互いに異なる幅を有し、前記レーザービームを互いに異なる角度で位相シフトさせることができる複数のマスキングパターンを有する位相シフトマスク(PSM)であり、前記マスキング部の上側からレーザービームを照射する過程において、前記位相シフトマスク(PSM)形態である前記マスキング部の上側からレーザービームを照射して、前記レーザービームをそれぞれで位相シフトが可能な前記各マスキングパターンを経るように前記ベース上に照射することが好ましい。
また、前記マスキング部は、レーザービームが透過可能なボディと、それぞれが前記ボディ上で幅方向に離隔するように形成された複数の遮光膜と、複数の遮光膜間の離隔空間でありながらレーザービームが透過可能な複数の透過領域とを含むスリット(Slit)形態のマスキングパターンが形成され、外側方向からボディの中心方向へ行くほど遮光膜の幅が薄くなるように形成され、外側方向からボディの中心方向へ行くほど透過領域の幅が広くなるように形成され、前記マスキング部の上側からレーザービームを照射する過程において、前記スリット(Slit)マスク形態である前記マスキング部の上側からレーザービームを照射して、相対的に幅の広い透過領域の下側に対応するベース領域に照射されたレーザービームの強度が、相対的に幅の狭い透過領域の下側に対応するベース領域に照射されたレーザービームの強度に比べて強くなるように照射することが好ましい。
一方、前記レーザー加工段階は、前記ベース上に単位加工領域を設定する第1段階と、レーザービームが前記単位加工領域の一方の境界から開始して、1番目のスキャンパス(scan path)に沿って移動して前記単位加工領域の他方の境界に到達するまで、前記単位加工領域内に含まれるレーザー加工パターンに対する加工が行われる第2段階と、前記レーザービームを次のステップ(step)に方向転換し、ステップピッチ(step pitch)だけ移動させて2番目のスキャンパスで移動させる第3段階と、前記第2段階及び第3段階を繰り返し実行してn番目のスキャンパスに沿ってレーザービームの移動が完了すると、単位加工領域全体に対する加工が行われる第4段階とを含むことが好ましい。
ここで、前記レーザー加工段階は、各スキャンパスに対応して加工深さを設定することをさらに含むことが好ましい。
また、前記単位加工領域に含まれているレーザー加工パターン領域上に多数のエネルギー領域を設定して、エネルギー領域ごとにエネルギー累積分布を順次的な強度に設定して加工深さを設定することが好ましい。
また、前記レーザー加工によるレーザー加工パターンは、前記ベース上の加工面から内径が狭くなるように形成されることが好ましい。
また、前記ウェットエッチング段階は、前記ベースの上側に前記ウェットエッチングパターンの形成のためのフォトレジストパターンを形成し、フォトレジストの除去された部位に沿って前記ベースのウェットエッチングが行われることが好ましい。
また、前記レーザー加工段階は、前記ウェットエッチング方向と同一又は反対の方向に実行することが好ましい。
また、前記レーザー加工によるレーザー加工パターンは、前記ウェットエッチング方向と同一又は反対の方向に加工されて前記ウェットエッチングパターンに連続的に形成されることが好ましい。
また、前記ベースの全厚に対して95%から50%の厚さで前記ウェットエッチング段階によるウェットエッチングパターンを形成し、残された残りの厚さで前記レーザー加工段階によるレーザー加工パターンを形成することが好ましい。
また、前記レーザー加工パターンが前記ベース上の加工面から内径が狭くなってテーパー状に形成された場合には、テーパー角度を30度から90度の範囲とすることが好ましい。また、前記レーザー加工段階によるレーザー加工パターンの裏面からの突出バリ(Burr)の高さが1μm以下であることが好ましい。
本発明は、シャドウマスクを製造するにあたり、ウェットエッチング及びレーザー加工を複合的に用いることにより、既存のレーザー加工工程による生産性低下の問題を解決し、ウェットエッチングによる高品質のシャドウマスクを提供することができるという効果がある。
また、本発明は、ウェットエッチングによって既にメタルマスクの大略的な形状が構成されるので、レーザーによる追加加工を実行するに際して除去すべきメタル材料の除去量が非常に少なく、これによりレーザーパルスの回数を減らすことができ、その結果、従来の方式(メタルマスク全体をレーザーによって加工する方式)に比べて熱累積の影響を著しく減らすことができるため、高品質のシャドウマスクを提供することができるという効果がある。
また、このような低いエネルギーによる加工は、加工パターンの裏面からの突出バリの大きさを最小限に抑えることができ、好ましくは突出バリを全く形成しないようにすることもできるという効果がある。
また、ウェットエッチング及びレーザー加工で実現される複合的な加工方法によって、従来のウェットエッチングの等方的性質によるアンダーカット(under−cut)の問題を解決し、基板上に蒸着される有機発光物質の漸進的な蒸着を防止して、蒸着された有機発光物質の境界部を明確にすることにより、ディスプレイ装置の性能を向上させるという効果がある。
また、ウェットエッチング及びレーザー加工で実現される複合的な加工方法によって、従来のウェットエッチング方式によるマスクパターン形成のための形状因子の限界に制限されないので、QHD(約500ppiレベル)又はそれ以上のUHD(約800ppi)の高解像度を実現することができるという効果がある。
従来の化学的ウェットエッチングによるシャドウマスクの製造方法を示す模式図である。 従来のウェットエッチングによって製造されたシャドウマスクを示す模式図である。 従来の両面ウェットエッチングによって製造されたシャドウマスクを示す模式図である。 従来のウェットエッチングが持つ等方性の形状について説明した図(各形状因子(factor)(A、B、D、E、T、ピッチ(pitch)、及びエッチファクター(Etch factor))間の相関関係について式(1)、(2)、(3)で説明)である。 従来のウェットエッチングが持つシャドウマスクの等方性を示す平面図である。 従来のレーザー加工によるシャドウマスクの製造方法を示す模式図である。 従来のレーザー加工によって形成されたシャドウマスクに対する写真を示す図である。 本発明の一実施形態に係るシャドウマスクの製造方法を示す模式図である。 本発明の他の実施形態に係るシャドウマスクの製造方法を示す模式図である。 本発明の様々な実施形態によるレーザー加工方法を示す模式図である。 本発明の様々な実施形態によるレーザー加工方法を示す模式図である。 本発明の様々な実施形態によるレーザー加工方法を示す模式図である。 本発明の様々な実施形態によるレーザー加工方法を示す模式図である。 本発明の様々な実施形態によるレーザー加工方法を示す模式図である。 本発明の様々な実施形態によるレーザー加工方法を示す模式図である。 本発明の様々な実施形態によるレーザー加工方法を示す模式図である。 本発明の様々な実施形態によるレーザー加工方法を示す模式図である。 本発明の様々な実施形態によるレーザー加工方法を示す模式図である。 本発明の様々な実施形態によるレーザー加工方法を示す模式図である。 本発明の様々な実施形態によるレーザー加工方法を示す模式図である。 本発明の様々な実施形態によるレーザー加工方法を示す模式図である。 本発明の様々な実施形態によるレーザー加工方法を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る開口部のテーパー角度aを示す模式図である。
本発明は、有機ELや有機半導体素子などの製造の際に真空蒸着工程で使用できるメタルシャドウマスクを製造する方法に関し、ウェットエッチングによる方法とレーザー加工方法とを複合的に用いて、レーザー加工パターン及びウェットエッチングパターンからなるマスクパターンが実現されたシャドウマスクの製造方法に関する。
これにより、従来のレーザー加工工程による生産性低下の問題を解決することができ、ウェットエッチング工程を複合的に併行することにより、高品質のシャドウマスクを提供することができるようにするのである。
以下、添付図面を参照して本発明について詳細に説明する。図8は本発明の一実施形態に係るシャドウマスクの製造方法を示す模式図であり、図9は本発明の他の実施形態に係るシャドウマスクの製造方法を示す模式図であり、図10乃至図22は本発明の様々な実施形態に係るレーザー加工方法を示す模式図であり、図23は本発明の一実施形態に係る開口部のテーパー角度aを示す模式図である。
図8及び図9に示すように、本発明に係る複合加工方法を用いたシャドウマスクの製造方法は、マスクパターンが形成されたシャドウマスクの製造方法において、ベース110の上側でウェットエッチングを実行しウェットエッチングパターン120を形成するウェットエッチング段階と、前記ウェットエッチングパターン120が形成されたベースの上側又は下側でレーザー加工を実行して、前記ウェットエッチングパターン120に連続するレーザー加工パターン130を形成するレーザー加工段階とを含んでなることを特徴とする。
すなわち、本発明は、ウェットエッチングパターン120及びレーザー加工パターン130で実現されたマスクパターンが形成されたシャドウマスクを製造しようとするのである。
ここで、前記シャドウマスクに形成された複数のマスキングパターンは、蒸着被処理物である基板上に蒸着しようとする薄膜パターンに対応する形状であり、マスクパターンは、蒸着原料が通過する領域であり、前記ベースの領域のうち、複数のマスクパターンが形成された領域を除いた領域は、蒸着原料が通過しない遮断領域である。
すなわち、前記シャドウマスクは、原料が通過しないように遮断する領域である遮断領域と、遮断領域上で互いに離隔して形成され、原料が通過可能な複数のマスクパターンとからなり、上述したように、複数のマスクパターンが配置された形状又は配置構造がシャドウマスクのパターンである。
本発明は、このようなマスクパターンを有するシャドウマスクを製造するためのものであって、ウェットエッチングによる方法とレーザー加工方法とを複合的に用いて、ウェットエッチングによるウェットエッチングパターンとレーザー加工によるレーザー加工パターンからなるマスクパターンが実現されたシャドウマスクを製造しようとするものである。
図8は本発明の一実施形態に係る方法としてシャドウマスクを製造する方法を示す図であって、前記ベース110の上側(ベースの上面)でウェットエッチングを実行して、前記ベース110にウェットエッチングパターン120を形成し、前記ウェットエッチングパターン120が形成されたベース110の上側(ベースの上面)からレーザービームLを照射して、前記ベース110に前記ウェットエッチングパターン120に連続的なレーザー加工パターン130を形成するのである。
すなわち、このようなウェットエッチングによる方法は、より高解像度のメタルマスクを実現するために、ベースの両面に対するウェットエッチングを実行せず、図8のように一面に対するエッチングを実行した後に、同一方向にシャドウマスクの開口部の精密な形成のためにレーザーを用いた加工を開口部に対してさらに実行する方法である。
図9は本発明の他の実施形態に係る方法としてシャドウマスクを製造する方法を示す図であって、前記ベース110の上側(ベースの上面)でウェットエッチングを実行して、前記ベース110にウェットエッチングパターン120を形成し、前記ウェットエッチングパターン120が形成されたベース110の下側(ベースの下面)でレーザービームLを照射して、前記ベース110に前記ウェットエッチングパターン120に連続的なレーザー加工パターン130を形成するのである。
すなわち、前記ベースの一面に対するエッチングを実行した後に、他方の面に対してはレーザーを用いた加工を開口部に対してさらに実行して、開口部の寸法及び形状安定性を確保するようにすることができる。
このとき、印加されるレーザーのエネルギー分布の形態を適切な光学系を用いてフラットトップ(flat−top)の形態に近く実現することにより、アンダーカット形状を最小化することができ、これにより有機発光物質が蒸着される過程で基板にできる限り均質に蒸着されるようにすることができる。この方法における利点は、レーザーによる加工を実行するとき、フォトレジストのコーティングされない面に対して加工を実行することができるという利点がある。
また、ベースの両面に対して全てウェットエッチングを実行する場合には、このような両面エッチングによって胎生的に形成されるしかないアンダーカット形状をレーザーを用いて局部的に除去すると同時に、精密な開口部を形成することが可能となる。
このような方式における利点は、まず、ウェットエッチングによって既にメタルマスクの大略的な形状が構成されるため、レーザーによる追加加工を実行する際に除去すべきメタル材料の除去量が非常に少ないということである。
これは、メタル材料に印加されるレーザーパルスの回数を減らすことができ、これにより従来の方式(メタルマスク全体をレーザーによって加工する方式)に比べて熱累積の影響が著しく減少するという利点がある。
結果的に、精密な開口部が含まれている微細構造物からなるメタルマスクを製造することができる。
本発明に係るウェットエッチング段階は、前記ベース110の上側に前記ウェットエッチングパターン120の形成のためのフォトレジストパターンを形成し、フォトレジストの除去された部位に沿って前記ベース110のウェットエッチングを行ってウェットエッチングパターン120を形成する。
後述するレーザー加工パターン130は、図8に示すように、ウェットエッチング方向と同一の方向に加工されて前記ウェットエッチングパターン120に連続的に形成されるか、或いは、図9に示すように、ウェットエッチング方向と反対の方向に加工されて前記ウェットエッチングパターン120に連続的に形成され得る。
この場合、前記レーザー加工によるレーザー加工パターン130の厚さtは、前記ベース110の全厚に対して40%以下に形成されても構わず、このような形態は、シャドウマスクの開口部の寸法及び形状安定性を確保することができるようにするためである。
このように、前記レーザー加工段階は、図8に示すように前記ウェットエッチング方向と同一の方向に進行するか(ベースの上面→ベースの上面)、或いは、図9に示すように前記ウェットエッチング方向と反対の方向に進行する(ベースの上面→ベースの下面)場合のように、必要に応じてウェットエッチング方法の後にレーザー加工によるレーザー加工パターン130を形成する。
本発明では、図10乃至図15、図16乃至図22に示すように、様々なレーザー加工方法について実施形態を提示しており、特に、レーザー加工パターン120が前記ベース上の加工面から内径が狭くなってテーパー状に形成された場合に適切な方法を提示している。
本発明の一実施形態に係るレーザー加工段階は、前記ベースの上側に、製造しようとするシャドウマスクのマスクパターンに対応するマスキングパターンが設けられたマスキング部200を形成して、前記マスキング部200の上側からレーザービームを照射して行う。
図10は本発明の第1実施形態に係るレーザー加工によるレーザー加工パターン120を形成するためのもので、複数のマスキング部230、240、250を説明するための図である。
前記マスキング部230、240、250は複数設けられ、各マスキング部230、240、250には、互いに異なる幅を有するマスキングパターンが形成され、前記マスキング部230、240、250の上側からレーザービームLを照射する過程は、前記複数のマスキング部230、240、250それぞれを用いて前記マスキング部230、240、250の上側からレーザービームLを照射する複数回のレーザービームL照射過程を含み、前記複数のマスキング部230、240、250それぞれを用いて前記レーザービームLを照射する過程において、前記複数回のレーザービームL照射段階の中でも最後のレーザービームL照射段階に行くほど、幅の狭い開口形状のマスキングパターンを有するマスキング部230、240、250を用いてレーザービームを照射する。
すなわち、第1実施形態に係るシャドウマスクの製造方法のためのシャドウマスクのマスキングパターンは、マスキング部230、240、250を上下方向に貫通する開口231a、231b、231cの形状である。すなわち、第1実施形態では、それぞれにレーザービームLが通過する開口231a、231b、231cを有し、開口231a、213b、231cの大きさが互いに異なる複数のマスキング部230a、230b、230cを用いてレーザービームLを透過させてベース110を加工することにより、傾斜を持つレーザー加工パターン120が設けられたシャドウマスクを製造する。
まず、図11を参照して、複数のマスキング部230a、230b、230cについて説明する。マスキング部230a、230b、230cは、例えば三つ設けられ、以下では第1マスキング部230a、第2マスキング部230b及び第3マスキング部230cと説明する。
ここで、第1マスキング部230aは、最も先にレーザービームLの照射のために使用されるもので、三つのマスキング部のうち、開口(以下、第1開口231a)の面積が最も大きい。第2マスキング部230bは、第1マスキング部230aの次に使用されるもので、第1マスキング部230aの第1開口231aに比べて小さい面積の開口(以下、第2開口)を有する。
また、第3マスキング部230cは、最後に使用されるもので、第2マスキング部230bの第2開口231bに比べて小さい面積の開口(以下、第3開口231c)を有する。そして、第1乃至第3マスキング部230a、230b、230cそれぞれに設けられた第1乃至第3開口231a、231b、231cは、同心軸を持つように設けられる。
また、第1乃至第3開口231a、231b、231cの面積は、回折光学部220を通過するレーザービームLの面積に比べて小さい。このとき、レーザービームLは、常に同じ面積で照射できるが、その面積が第1開口231aに比べて大きい。
このため、レーザービームLの面積は、第1乃至第3開口231a、231b、231cの面積に比べて大きい。よって、回折光学部から照射されるレーザービームLのうち、第1乃至第3開口231a、231b、231cを通過するレーザービームLは、ズームレンズ部及びプロジェクション部を通過してベース110上に照射され、前記第1乃至第3開口231a、231b、231cの外側領域に向かうレーザービームLは、その移動が遮蔽又は遮光されてベース110に照射されない。ここで、必要によってシャドウマスク上に形成されるマスクパターンの大きさに応じて、前記ズームレンズ部をなすレンズ間の間隔を調節してレーザービーム間の間隔及びパターンを調節してベースに照射することができる。
上記では、三つのマスキング部230a、230b、230cを使用すると説明したが、これに限定されず、二つ又は四つ以上のマスキング部を使用することもできる。
また、第1乃至第3マスキング部230a、230b、230cは、クロム(Cr)系物質からなるが、これに限定されず、レーザービームLの遮蔽又は遮光が可能な様々な材料の適用が可能である。
以下では、レーザー加工によるレーザー加工パターン120の第1実施形態に係るシャドウマスクの製造方法についてさらに具体的に説明する。
まず、ベース110を設けてステージ上に安着させる。ここで、実施形態によるベース110は、金属、例えばインバー(invar)合金からなるプレート形状である。
そして、回折光学部を通過したレーザービームがマスキング部を通過した後、ズームレンズ部及びプロジェクション部を通過してベース110の上側に到達するようにする。ここで、マスクパターンの大きさ及び形状に応じて、前記ズームレンズ部をなすレンズ間の間隔を調節して合わせる。次いで、前記ビーム供給部を動作させてレーザービームLを出力すると、前記レーザービームLが第1マスキング部230aの第1開口231aを通過してズームレンズ部及びプロジェクション部を通過してベース110上に照射される。
このとき、回折光学部から第1マスキング部230aに照射されるレーザービームLの面積は、第1開口231aの面積に比べて広く形成され、前記マスキング部を通過すると、エッジシャープニング(edge sharpening)が実現され、微細レーザーパターニングを可能にしたのである。このため、回折光学部から第1マスキング部230aに向かって照射されるレーザービームLのうち、第1開口231aを通過するレーザービームLだけがベース110上に照射され、前記第1開口231a以外の領域の位置に照射されるレーザービームLは遮蔽される。
言い換えれば、回折光学部から照射されたレーザービームLの面積は、第1マスキング部230aの第1開口231aに比べて広いが、第1マスキング部230aによって第1開口231aと対応する面積に調節されたレーザービームLがベース110上に照射される(図10a参照)。レーザービームLが第1開口231aと対応する面積でベース110上に所定の時間照射されると、レーザービームLの照射されたベース110領域で結合構造が切れるなどの反応現象により、前記レーザービームLの照射されたベース110領域が所定の深さに除去される。
したがって、図10bに示すように、所定の深さを有する溝(以下、第1溝121)が発生する。
第1マスキング部230aによってベース110に第1溝121が設けられると、第1マスキング部230aはベース110の外側へ移動させ、前記ベース110の上側には第2マスキング部230bを配置させる。
このとき、ベース110に設けられた第1溝121の中心と第2マスキング部230bの第2開口231bの中心とが同心軸となるように、前記第2マスキング部230bの位置を調節する。
その後、レーザービームLを出力すると、図10bに示すように、前記レーザービームLが第2マスキング部230bの第2開口231bを通過してベース110上に照射される。このとき、回折光学部220から第2マスキング部230bへ照射されるレーザービームLの面積は、第2開口231bの面積に比べて広い。
このため、回折光学部220を通過して第2マスキング部230bに向かって照射されるレーザービームLのうち、第2開口231bを通過するレーザービームLだけがベース110上に照射され、前記第2開口231b以外の領域の位置へ照射されるレーザービームLは遮蔽される。
すなわち、レーザービームLは、第2マスキング部230bによって第2開口231bと対応する面積に調節されて照射される(図10b参照)。そして、第2開口231bを通過して照射されるレーザービームLは、第1溝121に向かって照射され、その面積が第1溝121の底面に比べて小さい。
このようなレーザービームLが第1溝121の底面に向かって所定の時間照射されると、レーザービームLの照射されたベース領域で結合構造が切れるなどの反応現象により所定の深さ除去されることにより、図10cに示すように第1溝121の下側に第2溝122が発生する。
そして、第2マスキング部230bによってベース110に第2溝122が設けられると、第2マスキング部230bは外側へ移動させ、回折光学部220とズームレンズ部260との間に第3マスキング部230cを配置させる。
このとき、ベース110に設けられた第2溝122の中心と第3マスキング部230cの第3開口231cの中心とが同心軸となるように、前記第3マスキング部230cの位置を調節し、或いはズームレンズ部及びプロジェクション部を用いてレーザービームの位置を調節する。その後、ビーム供給部を動作させてレーザービームLを出力すると、図10cに示すように、前記レーザービームLが第3マスキング部230cの第3開口231cを通過してズームレンズ部及びプロジェクション部を通過してベース110上に照射される。
このとき、第3マスキング部230cへ照射されるレーザービームLの面積は、第3開口231cの面積に比べて広い。このため、第3マスキング部230cに向かって照射されるレーザービームLのうち、第3開口231cを通過するレーザービームLだけがベース110上に照射され、前記第3開口231c以外の領域の位置へ照射されるレーザービームLは遮蔽される。
すなわち、レーザービームLは、第3マスキング部230cによって第3開口231cと対応する面積に調節されて照射される(図10c参照)。そして、第3開口231cを通過して照射されるレーザービームLは、第2溝122に向かって照射され、その面積が第2溝122の底面に比べて小さい。
このようなレーザービームLが第2溝122の底面に向かって所定の時間照射されると、レーザービームLの照射されたベース110領域で結合構造が切れるなどの反応現象によって所定の深さ除去されることにより、図10dに示すように、第2溝122の下側に第3溝123を形成するが、このとき、ベース110の下部まで開放されるようにする。
したがって、第3マスキング部230cを用いたレーザー加工工程によって、第2溝122の下側に第3溝123が設けられ、最終的に図10dに示すように、ベース110を上下方向に貫通するレーザー加工パターン120が設けられ、そのレーザー加工パターン120は、下側に行くほど直径又は内径が漸次狭くなる形状に製造される。
そして、第1乃至第3マスキング部230a、230b、230cそれぞれには、複数の開口が設けられており、回折光学部を通過して分岐したレーザービームが1:1で対応してマスキング部のマスキングパターンを通過するので、分岐したレーザービームがベース110に同時に到達するようにして、複数のレーザー加工パターン120が設けされるようにする。また、ベース110の面積が大きい場合、ステージを用いてベース110を移動させながら、ベース110全体に対して複数のレーザー加工パターン120を形成してシャドウマスクを製造することもできる。
図12は本発明の第2実施形態に係るレーザー加工方法でレーザー加工パターン120を形成する方法を順次示す図である。図13は本発明の第2実施形態に係る方法によってシャドウマスクを製造するために設けられたマスキング部を説明するための図である。
第2実施形態に係るシャドウマスクの製造方法は、位相シフトマスク(Phase Shift Mask)技術を用いた形成方法であって、マスキング部240として位相シフトマスクを用いて製造する。位相シフトマスクを用いたパターニング方法は、透過する光に位相差を与えることにより透過光の相互間の干渉を利用する公知の方法である。
第2実施形態に係るシャドウマスクの製造方法のためのシャドウマスクのマスキングパターンは、複数の位相シフター241、242、243を有するマスキング部を用いる方法である。すなわち、本発明の第2実施形態に係るマスキング部240は、一つのマスキング部240に階段状に配列された複数の位相シフター241、242、243を有する。
位相シフトマスク(PSM)は、当該技術分野における公知の技術であり、公知の様々な位相シフトマスク(PSM)の種類のいずれかを使用する。
例えば、本発明でマスキング部240として用いる位相シフトマスクは、図7に示すように、所定の面積を有するボディ上に、レーザービームLが透過する位相シフター241、242、243と、位相シフター241、242、243の外側に位置し、レーザービームLが透過しない遮光部244とが設けられた構成である。
すなわち、マスキング部240のボディの一部領域は、位相シフター241、242、243が設けられた領域であり、前記位相シフター241、242、243の周囲の領域は、レーザービームLが遮光される遮光領域である。
このとき、位相シフター241、242、243は複数設けられ、複数の位相シフター241、242、243は、互いに異なる面積を有しながら、ボディの高さ方向に順次羅列配置され、階段形状をなす。本発明の第2実施形態では、複数の位相シフター241、242、243はボディを加工して形成した溝状である。
すなわち、第2実施形態に係るマスキング部240は、ボディの上部面から第1深さA1で形成され、第1面積を有する溝状の第1位相シフター241、ボディの上部面から第1深さA1に比べて深い第2深さA2で形成され、第1位相シフター241の面積(第1面積A1)に比べて小さい第2面積を有する溝状の第2位相シフター242、ボディの上部面から第2深さに比べて深い第3深さ(A3)で形成され、第2位相シフター242の面積(第2面積)に比べて小さい面積を有する溝状の第3位相シフター243を含み、ボディの左右方向の領域のうち、第1位相シフター241の外側領域に遮光部244が設けられる。
このように設けられた第1位相シフター241、第2位相シフター242、第3位相シフター243は、例えば60°、120°、180°反転される。よって、マスキング部の上側から照射されるレーザービームLが第1乃至第3位相シフター241、242、243を通過しながら漸次位相がシフト又は反転される。
すなわち、第1位相シフター241と第2位相シフター242との境界、第2位相シフター242と第3位相シフター243との間でレーザービームLの位相が連続的に変わる。
このとき、第1位相シフター241、第2位相シフター242、第3位相シフター243間の位相差(例えば、60°、120°、180°)によってレーザービームの強度変化及びシフトがなされる。理論的には、図12bに示すような階段式の分布又は形状にレーザービームが照射されるが、実際には解像度の限界によりレーザービームが階段式で照射されず、図12cに示すように傾斜を持つように照射される。
上述したような第1乃至第3位相シフター241、242、243を有するマスキング部240は、ボディをエッチングする方法で設けることができる。
ボディは、レーザービームLの透過が可能な石英(Quartz)で形成できる。石英からなるボディに第1乃至第3位相シフター241、242、243が設けられ、ボディの内部にはレーザービームLを遮断するフィルム、薄膜又はブロック形態の遮光部244が設けられ得る。もちろん、ボディの内部に遮光部244が設けられず、ボディの上部面で第1位相シフター241の外側領域に位置するように設けられ得る。
上記では、第2実施形態に係るマスキング部240がボディ自体を加工して溝状の第1乃至第3位相シフター241、242、243を設けることを例として説明した。しかし、これに限定されず、ボディの上部面にレーザービームLの位相変化が可能な薄膜が形成された構造であり得る。このとき、ボディの上部面に形成された薄膜形態の位相シフターは、高さ方向に段差がある階段状となるように形成される。
以下、図12を参照して、本発明の第2実施形態に係るレーザー加工方法によるレーザー加工パターン120を形成する方法を説明する。
まず、ベース110を設けてステージ上に安着させ、第2実施形態に係るマスキング部240を回折光学部とズームレンズ部との間に配置させる。次いで、ビーム供給部を動作させてレーザービームLを出力すると、前記レーザービームLがマスキング部に向かって照射される。
このとき、照射されたレーザービームLのうち、第1乃至第3位相シフター241、242、243に向かうレーザービームLは、ズームレンズ部及びプロジェクション部を通過してベース110に照射され、マスキング部の遮光部244に向かって照射されたレーザービームLは、ベース110に照射されず、その移動が遮断される。そして、レーザービームLがマスキング部240の上側から照射されるレーザービームが第1乃至第3位相シフター241、242、243を通過しながら、漸次かつ連続的に位相がシフトされることにより、図12bに示すように、ベース110に、下側に行くほどその内径又は幅が狭くなるレーザー加工パターン120が設けられる。
図14は本発明の第3実施形態に係るレーザー加工方法によるレーザー加工パターン120を形成するための方法を順次示す図である。図15は本発明の第3実施形態に係る方法によりシャドウマスクを製造するために設けられたマスキング部を説明するための図である。
図示の如く、第3実施形態に係るシャドウマスクの製造方法では、スリット(Slit)マスキング部としてスリット(slit)マスクを用いてシャドウマスクを製造する方法である。スリットマスクは、図15a及び図15bに示すように、レーザービームLの透過が可能なボディ251の上部又は内部にレーザービームLの透過を遮断する複数の遮光膜252a、252b、252cが形成されるが、複数の遮光膜252a、252b、252cの幅が異なるようにすることにより、ベース110へ照射されるレーザービームLの強度が異なるように調節するのである。
本発明の実施形態での如く、下側に行くほど内径が狭い台形又は四角錐状のパターンを有するシャドウマスクを製造するためには、第3実施形態に係るマスキング部250は、ボディ251の上部に複数の遮光膜252a、252b、252cパターンが相互離隔するように形成され、離隔した空間がレーザービームLの透過する透過領域である。ボディ251上に複数の遮光膜252a、252b、252cが形成されるに際して、図15a及び図15bに縁部から中心方向に行くほどその遮光膜252a、252b、252cの幅が狭くなるようにする。
言い換えれば、縁部から中心方向に行くほど遮光膜252a、252b、252cのいずれかと遮光膜252a、252b、252cのいずれかとの間の透過領域の幅が広くなるようにマスキング部250を設ける。
このようなマスキング部250の上側からレーザービームLを照射する場合、広い透過領域の下側に位置するベース110の領域に照射されるレーザービームの強度が、相対的に狭い透過領域の下側に位置するベース110の領域に照射されるレーザービームLの強度に比べて大きい。第3実施形態の場合、縁部から中心方向に行くほど透過領域の幅が広いので、レーザービームLがベース110へ照射されるに際して、縁部から中心方向に行くほど照射されるレーザービームLの強度が強い。
以下、図14を参照して、本発明の第3実施形態に係るレーザー加工方法によるレーザー加工パターン120の製造方法を説明する。
まず、ベース110を設けてステージ上に安着させ、回折光学部とズームレンズ部との間に第3実施形態に係るマスキング部250を配置させる。次いで、レーザービームLを出力すると、前記レーザービームLがマスキング部250に向かって照射される。
このとき、照射されたレーザービームLのうち、マスキング部250の第1乃至第3透過領域253a、253b、253cに向かうレーザービームLは、ズームレンズ部及びプロジェクション部を通過してベース110に照射され、マスキング部250の遮光膜252aに向かって照射されたレーザービームLは、ベース110に照射されず、その移動が遮断される。
このとき、縁部に位置した第1透過領域253aを通過してベース110上に照射されたレーザービームLの強度と比較して、第1透過領域253aよりボディ251の内側に位置した第2透過領域253bを通過してベース110上に照射されたレーザービームLの強度が大きく、第2透過領域253bよりボディ251の内側に位置した第3透過領域253cを通過してベース110上に照射されたレーザービームLの強度が大きい。
このような領域別のレーザービームLの強度変化によって、図14bに示すように、ベース110に、下側に行くほどその内径又は幅が狭くなるマスクパターンが設けられる。
本発明の第4実施形態として、前記マスキング部は、前記ベースの上側に、フォトリソグラフィー工程によるフォトレジストからなるマスキングパターンを形成し、前記マスク部の上側からレーザービームを照射する過程は、前記マスキング部のマスキングパターンにおけるフォトレジストの除去された部位にレーザービームを照射するのである。
場合によっては、ベースの上側にフォトレジスト層を形成し、現像工程を経て除去されていない状態でレーザーを用いて加工を行う方法も使用可能である。このとき、レーザーは、実質的にベースの上ではなくフォトレジスト層上に照射され、フォトレジストとメタルベースを同時に加工する。
このように、本発明の第1乃至第4実施形態に係るシャドウマスクの製造方法は、レーザービームを照射してベース上にレーザー加工パターン120を加工する方法であって、以後、ウェットエッチングによってウェットエッチングパターン130を形成してレーザー加工パターン120の表面を滑らかにして、加工品質の向上したメタルシャドウマスクを提供する。
本発明の他の実施形態に係るレーザー加工段階は、前記ベース上に単位加工領域を設定する第1段階と、レーザービームが前記単位加工領域の一方の境界から開始して、1番目のスキャンパス(scan path)に沿って移動しながら前記単位加工領域の他方の境界に到達するまで、前記単位加工領域内に含まれているレーザー加工パターンに対する加工が行われる第2段階と、前記第2段階の加工後、前記レーザービームを2番目のスキャンパスへ移動させるため、前記レーザービームを次のステップ(step)に方向転換し、ステップピッチ(step pitch)だけ移動させる第3段階と、前記第2段階及び第3段階を繰り返し実行してn番目のスキャンパスに沿ってレーザービームの移動が完了すると、単位加工領域全体に対する加工が行われる第4段階とから大きく構成される。
前記レーザー加工パターンは、前記ウェットエッチングパターンに連続して加工されるものであり、本発明における単位加工領域は、レーザー加工装置の一回のセッティングでベース上にレーザー加工パターンを形成することができる領域を意味するか、或いは、実験者がベース上の特定の領域を任意に指定して単位加工領域として設定することもできる。このような単位加工領域は、一つ又はそれ以上のレーザー加工パターンを含むことができ、加工速度を考慮して、前記単位加工領域の大きさを大きく設定することが好ましい。
このような単位加工領域は単数又は複数形成でき、単位加工領域の加工が完了すると、ベースへの、前記ウェットエッチングパターンに連続するレーザー加工パターンの形成が完了するのである。
一方、本発明に係るレーザーを用いて、ウェットエッチングパターンに連続するレーザー加工パターンを形成する段階は、図16に示すように、まず、ウェットエッチングパターンが形成された前記ベース上に単位加工領域を設定する段階である(第1段階)。
前記単位加工領域は、レーザー加工パターンを単数又は複数含むことができ、前記ベース上での仮想の領域として設定される。
具体的には、単位加工領域の長さは、レーザービームが一つのスキャンパスに沿って方向転換を行うことなく移動することができる長さをいい、その幅は後述の方向転換されたステップピッチだけ形成されるのが一般的である。
このような前記単位加工領域を設定するにあたり、単位加工領域内にレーザー加工パターンの全領域が含まれるように設定することにより、加工領域を複数回にわたって分けなくても全体加工が完了して、従来のスキャナ装置を用いて全体加工物を複数の分割領域に分けて加工することにより発生するステッチング発生の問題を除去することができる。
また、前記単位加工領域を大面積のベースの大きさと同一に設定することにより、ステッチング現象のない大面積のベースの加工が可能になる。
その後、レーザービームが前記単位加工領域の一方の境界から開始して、1番目のスキャンパス(scan path)に沿って移動しながら前記単位加工領域の他方の境界に到達するまで、前記単位加工領域内に含まれているレーザー加工パターンに対する加工が行われるのである(第2段階)。
すなわち、ベース上に設定された単位加工領域の一方の境界から他方の境界まで1番目のスキャンパスを設定し、このスキャンパスに沿ってレーザービームが移動しながら、単位加工領域内に含まれるレーザー加工パターンに対する部分又は全体に対する加工が実行されるのである。
そして、1番目のスキャンパスに沿ってレーザービームが移動しながら単位加工領域の他方の境界にレーザービームが到達すると、前記レーザービームを次のステップ(step)に方向転換し、ステップピッチ(step pitch)だけ移動させて2番目のスキャンパスで移動させる(第3段階)。
すなわち、単位加工領域の他方の境界にレーザービームが到達すると、レーザーをオフ(off)させ、レーザービームの方向を転換し、設定されステップピッチ(step pitch)だけ移動させた後、2番目のスキャンパスを設定する。このとき、レーザーがさらにオン(on)される。
前記ステップピッチは、隣接するスキャンパス間の距離を意味するものであって、例えば、1番目のスキャンパスと2番目のスキャンパスとの距離であり、1番目のスキャンパスを移動するレーザービームの中心から2番目のスキャンパスを移動するレーザービームの中心までの距離を意味する。
ここで、1番目のスキャンパスと2番目のスキャンパスとは同一の方向であってもよく、図10に示すように反対の方向であってもよい。すなわち、レーザービームの移動方向が反対に設定できる。すなわち、n−1番目のスキャンパスとn番目のスキャンパスとは、同一又は反対の方向にレーザービームが移動するように設定することができ、これに限定せずに、複数回のスキャンパスは特定の方向に、又はその反対の対向に設定されるか、或いはこれらの組み合わせに設定され得る。
また、1番目のスキャンパスから2番目のスキャンパスへの方向転換時のステップピッチは、1番目のスキャンパスのレーザービームの大きさと同じかそれより小さく形成され、均一なパターンの加工が行われるようにする。すなわち、n−1番目のスキャンパスからn番目のスキャンパスへの方向転換時のステップピッチは、n−1番目のスキャンパスのレーザービームの大きさと同じかそれより小さいことを特徴とする。
また、n−1番目のスキャンピッチとn番目のスキャンピッチは、レーザー加工パターンの形態によって異なるように設定されることもできる。ここで、前記スキャンピッチ=v/f(v:駆動部の動作によるベースとレーザービームの相対速度、f:ベース上に印加されるレーザーソースのパルス振動数)であり、ベースとパルスレーザービームの相対速度とパルス振動数を考慮して、連続するパルスレーザービーム間の間隔を意味する。
このようなステップピッチは、後述するレーザービームのオーバーラップ率(overlap rate)を設定する基準となり、前記スキャンピッチの間隔が狭いほどレーザービームのオーバーラップ率が増加し、これはレーザー加工パターンの加工深さの設定に影響を及ぼす。
その後、前記第1段階及び第2段階を繰り返し実行してn番目のスキャンパスに沿ってレーザービームの移動が完了すると、単位加工領域全体に対する加工が行われる(第4段階)。
図16に示すように、設定された1番目のスキャンパスに沿ってレーザービームが移動しながら、1番目のスキャンパス上に形成されたレーザー加工パターンに対する加工が行われる。そして、レーザービームが単位加工領域上の他方の境界に到達すると、次のステップへの方向転換の後、ステップピッチだけ移動して2番目のスキャンパスに沿ってレーザービームが移動し、最初の単位加工領域上の境界に到達する。さらにこれを繰り返して、n番目のスキャンパスを設定し、これによりレーザービームの移動が完了して単位加工領域のいずれかの境界に到達すると、単位加工領域に含まれているレーザー加工パターンに対する加工が完了するのである。
これにより、加工中に発生するレーザービームの方向転換の回数を著しく減らすことができ(スキャンパスを移動して加工→次のステップへの方向転換及び移動)、比較的単純な加工手順を繰り返し実行して加工が行われるので、生産性が向上する。
このように、本発明は、レーザーを用いてベースに前記ウェットエッチングパターンに連続するレーザー加工パターンを形成するためのものであって、前記ベース上に単位加工領域を設定し、その単位加工領域上にレーザービームが移動するスキャンパスを特定のステップピッチ間隔に設定して各単位加工領域の加工を実行して、ベースに熱エネルギーが累積することを防止することにより、ベースを保護し、微細パターンの形成を可能にしたものである。
また、加工領域内に含まれる一つのレーザー加工パターンが複数のスキャンパスを含んでおり、一つのレーザー加工パターンに対する加工が全て完了するためには、それに含まれている全てのスキャンパスに対する加工が行われるので、レーザー加工パターンに対する加工が休止時間をもって間欠的に行われるようにして、ベースへの熱エネルギーの累積を防止することにより、ベースを保護し、微細レーザー加工パターンの形成が可能になる。
一方、前記スキャンパスに沿ってレーザービームが移動するときに、各スキャンパスに対応して加工深さを設定することができる。すなわち、1番目のスキャンパスの加工深さをいくらかに設定し、2番目のスキャンパスの加工深さは別の値に設定することができ、n番目のスキャンパスの加工深さをそれぞれ異なるように、或いは最も中央に存在するスキャンパスに対称となるように設定することもできる。これはレーザー加工パターンの形態に応じて多様に設定でき、このような加工深さの設定はレーザービームのエネルギー累積分布を制御することにより実現できる。
第一に、加工深さを設定する方法として、前記スキャンパスを移動するレーザービームのオーバーラップ率(overlap rate)[オーバーラップ率={(レーザービームの大きさ−スキャンピッチ)/レーザービームのサイズ}×100、スキャンピッチ=v/f、v:駆動部の動作によるベースとレーザービームの相対速度、f:ベース上に印加されるレーザーソースのパルス振動数]によって制御される。
前記レーザービームのオーバーラップ率による加工深さの設定方法としては、レーザーソース部のパルス振動数(pulse frequency)値を固定したまま、ビームの相対速度をスキャンパスごとに異なるように設定する方法と、ビームの相対速度値を固定したまま、パルス周波数値をスキャンパスごとに異なるように設定する方法がある。
すなわち、前記レーザービームのオーバーラップ率は、レーザービームの大きさに応じたスキャンピッチの制御によって設定できるが、スキャンピッチ=v/fで、ビームの相対速度及びパルス周波数値を調節して、各スキャンパスごとにレーザービームのオーバーラップ程度を制御することで、加工深さを設定することにするものであって、レーザー加工パターンの加工深さが深いほどレーザービームのオーバーラップ率は大きくなるように設定する。
図17はこのようなレーザービームのオーバーラップ程度による加工深さを制御することに対する模式図であり、各スキャンパスごとにレーザービームのオーバーラップ率を制御して深さのあるレーザー加工パターンを形成するのである。
第二に、前記加工深さの設定は、前記スキャンパスの重畳回数によって制御できる。すなわち、同一のスキャンパス上でレーザービームを幾回移動させるかによるエネルギー累積分布を制御してレーザー加工パターンの加工深さを設定することができるのである。
具体的には、各スキャンパスに対してレーザービームの相対速度とパルス振動数値を全て固定したまま(すなわち、スキャンピッチは一定)、単位加工領域内のスキャンパスに選択的にスキャンパスの重畳回数を設定するのである。
図18はスキャンパスの重畳回数による加工深さを制御することに対する模式図であって、各スキャンパスごとにレーザービームの重畳回数を制御して深さのあるレーザー加工パターンを形成するのである。
第三に、前記加工深さの設定は、前記スキャンパスごとのエネルギー強度を設定し、或いは一つのスキャンパス内でもレーザーソースのパルスごとにエネルギー強度を設定し、或いはこの両方の組み合わせによって決定できる。すなわち、同一のスキャンパス上でレーザービームのエネルギー強度を調節することによるエネルギー累積分布を制御してレーザー加工パターンの加工深さを設定することができるのである。
具体的には、各スキャンパスに対してレーザービームの相対速度とパルス振動数値を全て固定したまま(すなわち、スキャンピッチは一定)、各スキャンパスに沿って相対位置移動する途中でレーザーソースのパルスごとにエネルギー強度を異なるように設定し、或いは各スキャンパスごとにエネルギー強度を異なるように設定するのである。
図19は各スキャンパスに沿って相対位置移動するレーザーソースのパルスごとにエネルギー強度を異なるように設定することによる加工深さを制御することに対する模式図であって、各スキャンパスに沿ってレーザービームのエネルギー強度を制御して深さのあるレーザー加工パターンを形成するのである。
前記加工深さを設定する方法において、前記スキャンパスを移動するレーザービームのオーバーラップ率、前記スキャンパスの重畳回数、及び前記スキャンパスを移動するレーザービームのエネルギー強度のいずれか、又はこれらの二つ以上の組み合わせによって決定されることもできる。
一方、前記1、...、n番目のスキャンパス(第1方向)と、前記スキャンパスに垂直な1、...、m番目のスキャンパス(第2方向)を設定して、は、レーザー加工パターンを形成することができる。
このようなレーザー加工パターンを形成する方法として、前記スキャンパスに沿ってエネルギー累積分布を順次的な強度に設定してテーパー状のレーザー加工パターンを形成することができるのである。すなわち、二つの方向にスキャンパスを直交するように設定したまま、スキャンパスに沿ってエネルギー累積分布を順次的な強度に設定して、テーパー状のレーザー加工パターンが形成できるように加工深さを実現するのである。
具体的には、図20に示すように、第1方向の1番目、第1方向のn番目、第2方向の1番目及び第2方向のm番目のスキャンパスの加工深さを同一に設定し、そのような方式で残りの全てのスキャンパスに対する加工深さを設定するのである。
例えば、第1方向の1番目(=第1方向のn番目=第2方向の1番目=第2方向のm番目)のスキャンパスの加工深さよりも、第1方向の2番目(=第1方向のn−1番目=第2方向の2番目=第2方向のm−1番目)のスキャンパスの加工深さを同一又はそれより大きい値に設定するのである。残りのスキャンパスに対しても加工深さは同一の方式で設定する。
また、テーパー状のレーザー加工パターンを形成する別の方法として、前記単位加工領域に含まれているレーザー加工パターン領域上に多数のエネルギー領域を設定して、エネルギー領域ごとにエネルギー累積分布を順次的な強度に設定してテーパー状の3次加工深さを設定することもできる。
具体的には、第2エネルギー領域に割り当てられるエネルギー累積分布は、第1エネルギー領域に割り当てられるエネルギー累積分布と同一又はそれより大きい値に設定し、そのような方式で残りのエネルギー領域に対するエネルギー累積の割り当ては順次的な値に設定される。
このようなエネルギー領域別のエネルギー累積分布の設定は、前記スキャンパスの重畳回数又は前記スキャンパスを移動するレーザービームのエネルギー強度の変化によって行われる。
図21はスキャンパスの重畳回数によってエネルギー領域に対するエネルギー累積分布が制御される場合を示すものであって、固定値のレーザービームの相対速度、パルス振動数、そしてパルスエネルギー値が設定された状態で、第1エネルギー領域と第2エネルギー領域との差集合領域に対するスキャンパスの特定の重畳回数を設定するのである。
そして、第2エネルギー領域と第3エネルギー領域との差集合領域に対して前記重畳回数と同一又はそれより大きい重畳回数に設定し、残りの全てのエネルギー領域に対して上記のようなエネルギー累積分布を制御してテーパー状のレーザー加工パターンを形成するのである。
図22は前記スキャンパスを移動するレーザーソースのパルスごとにエネルギー強度の変化によって各エネルギー領域に対してエネルギー累積分布が制御される場合を示すものであって、各エネルギー領域に対してパルスエネルギーの強度レベルを同一の値に設定するのである。すなわち、1番目のスキャンパスとn番目のスキャンパスに対して同じ波形のパルスエネルギー強度を設定するのである。
図22に示すように、2番目(=n−1番目)のスキャンパスのパルスエネルギーの波形は、1番目(=n番目)のスキャンパスのパルスエネルギーの波形と比較して、各エネルギー領域に対応して各パルスエネルギーの強度が決定されるのである。
ここで、前記スキャンパスの重畳回数を順次設定するか、或いは前記スキャンパスを移動するレーザーソースのパルスごとにエネルギー強度を順次設定して、エネルギー領域ごとにエネルギー累積分布を順次的な強度に設定することができる。
このように、本発明は、前記スキャンパスに対して加工深さを設定してレーザー加工パターンの形成を容易にし、特定のスキャンパス又はエネルギー領域ごとにエネルギーの総累積分布制御によってテーパー状のレーザー加工パターンの形成を容易にしたのである。
また、前記ベースの全厚に対して95%から50%の厚さで前記ウェットエッチング段階によるウェットエッチングパターンを形成し、残された残り5%から50%の厚さで前記レーザー加工段階によるレーザー加工パターンを形成することが好ましく、これにより、従来のレーザー加工工程による生産性低下の問題を解決することができ、ウェットエッチング及びレーザー加工工程による厚さの調節は、ウェットエッチングパターン及びレーザー加工パターンの加工性及び生産性を考慮して決定する。
また、前記レーザー加工段階によるレーザー加工パターンの裏面からの突出バリ(Burr)が高さ1μm以下に形成されるようにして、有機物蒸着の際にガラスダメージを最小限に抑えることができ、シャドウマスクとガラスとが密着して面接触するように実現して蒸着品質を向上させる。これはウェットエッチング及びレーザー加工工程を複合的に実現して、低いエネルギーでシャドウマスクを加工してバリの生成を最小限に抑えることができるようにするのである。
また、前記レーザー加工パターンは前記ベース上の加工面から内径が狭くなってテーパー状に形成された場合には、テーパー角度を30度から90度の範囲とすることが好ましい。
これは、従来のウェットエッチングのみの方式ではウェットエッチングの等方的性質によりテーパー角度に対して任意の実現が不可能であった。しかし、ウェットエッチングによる加工の後に、レーザー加工を実行すると、位置別のエネルギーレベルを調節することができるため、開口部のテーパー角度(図23におけるa)を理想的には0度超過から90度以下の範囲まで任意の角度で実現可能である。
しかし、メタルマスクの開口部の物理的剛性及び有機物蒸着時のシャドウ効果を一緒に勘案すると、メタル資材の厚さ、開口部のパターン配列の形状及び大きさによって異なるが、テーパー角度aは30度から90度が好ましい。
すなわち、本発明に係る複合加工方式を用いると、このようなメタルマスクのテーパー角度を産業現場で容認されるレベルの生産性及び加工後の表面の品質レベルを確保しつつ実現することができる。
また、ウェットエッチングのみの方式によって実現された開口部の形状は、図5の平面図上でのコーナーラウンド(ウェットエッチングパターンの加工面)及び断面図上でのボウル(bowl)形状が全て現れる。本発明の複合加工方式を用いる場合、ウェットエッチングによる加工の後にレーザー加工が行われるため、これらそれぞれによる加工量を適切に調節することにより、ウェットエッチングパターンの加工面に対する曲率半径Rとボウル(bowl)形状の深さdが調節できる。
例えば、ウェットエッチングによる加工量を多くし、レーザーによる加工量を少なく設定すると、レーザーによる加工量が少なくて加工時間は短縮できるが、ウェットエッチングパターンの加工面に対する曲率半径Rは大きくなり、ボウル形状はさらに深化(dがさらに大きくなる)し、逆に、ウェットエッチングによる加工量を少なくし、レーザーによる加工量を多く設定すると、全体加工時間は相対的に増えるだろうが、前記ウェットエッチングパターンの加工面に対する曲率半径及びボウル形状は減少して、断面のテーパー線形性は増加する。
このように、本発明に係るシャドウマスクの製造方法は、ウェットエッチングを実行してシャドウマスクの開口部を形成しながらウェットエッチングパターンを形成し、しかる後に、前記ウェットエッチングパターンに連続的にレーザービームを照射してレーザー加工パターンを加工する方法であって、ウェットエッチングを用いてメタルシャドウマスクの大略的な形状を構成する。
その後、レーザーによる追加加工を実行するに際して、除去すべきメタル材料の除去量が非常に少なく、これによりレーザーパルスの回数を減らすことができ、その結果、従来の方式(メタルマスク全体をレーザーによって加工する方式)に比べて熱累積の影響を著しく減らすことができるため、高品質のシャドウマスクを提供することができるという効果がある。
したがって、本発明は、シャドウマスクを製造するにあたり、ウェットエッチング及びレーザー加工を複合的に用いることにより、従来のレーザー加工工程による生産性低下の問題を解決し、ウェットエッチングによる高品質のシャドウマスクを提供することができようにするのである。
また、レーザー加工及びウェットエッチングで実現される複合的な加工方法によって、従来のウェットエッチングの等方的性質によるアンダーカット(under−cut)の問題を解決し、基板上に蒸着される有機発光物質の漸進的な蒸着を防止して、蒸着された有機発光物質の境界部を明確にすることにより、ディスプレイ装置の性能を改善させようとするのである。
また、レーザー加工及びウェットエッチングで実現される複合的な加工方法によって、従来のウェットエッチング方式によるマスクパターン形成のための形状因子の限界に制限されないので、QHD(約500ppiレベル)又はそれ以上のUHD(約800ppi)の高解像度を実現することができるという利点がある。

Claims (9)

  1. マスクパターンが形成されたシャドウマスクの製造方法において、
    ベースの上側でウェットエッチングを実行してウェットエッチングパターンを形成するウェットエッチング段階と、
    前記ウェットエッチングパターンが形成されたベースの上側でレーザー加工を実行して、前記ウェットエッチングパターンに連続するレーザー加工パターンを形成するレーザー加工段階と、を含み、
    前記ベースの上側に、製造しようとするシャドウマスクのマスクパターンに対応するマスキングパターンが設けられたマスキング部を形成して、前記マスキング部の上側からレーザービームを照射し、
    前記マスキング部は、前記レーザービームが透過可能なボディと、前記ボディの周りに形成され、前記レーザービームを遮断する遮光膜と、を含み、
    前記ボディには、
    第1の幅と第1の深さとを有する溝形状の第1の位相シフター、
    前記第1の幅よりも小さい第2の幅と、前記第1の深さよりも深い第2の深さと、を有する溝形状であり、前記第1の位相シフターの下部内側に形成される第2の位相シフター、および、
    前記第2の幅よりも小さい第3の幅と、前記第2の深さよりも深い第3の深さと、を有する溝形状であり、前記第2の位相シフターの下部内側に形成される第3の位相シフター、が形成され、
    前記マスキング部の上側から前記レーザービームを照射する過程において、前記第1〜第3の位相シフターのうち前記レーザービームが通過する位相シフター及び前記ボディの長さを異なるようにすることにより、前記レーザー加工パターンが前記ベースの下側に向かうに従って徐々に幅が狭くなるテーパー形状を有するようにすることを特徴とする、複合加工方法を用いたシャドウマスクの製造方法。
  2. 前記マスキング部は、
    前記ベースの上側に、フォトリソグラフィー工程によるフォトレジストからなるマスキングパターンが形成され、
    前記マスキング部の上側からレーザービームを照射する過程は、
    前記マスキング部のマスキングパターンにおけるフォトレジストの除去された部位にレーザービームを照射することを特徴とする、請求項に記載の複合加工方法を用いたシャドウマスクの製造方法。
  3. 前記レーザー加工によるレーザー加工パターンは、前記ベース上の加工面から内径が狭くなるように形成されることを特徴とする、請求項1に記載の複合加工方法を用いたシャドウマスクの製造方法。
  4. 前記ウェットエッチング段階は、前記ベースの上側に前記ウェットエッチングパターンの形成のためのフォトレジストパターンを形成し、フォトレジストの除去された部位に沿って前記ベースのウェットエッチングが行われることを特徴とする、請求項1に記載の複合加工方法を用いたシャドウマスクの製造方法。
  5. 前記レーザー加工段階は、前記ウェットエッチング方向と同一の方向に実行することを特徴とする、請求項1に記載の複合加工方法を用いたシャドウマスクの製造方法。
  6. 前記レーザー加工によるレーザー加工パターンは、前記ウェットエッチング方向と同一の方向に加工されて前記ウェットエッチングパターンに連続的に形成されることを特徴とする、請求項に記載の複合加工方法を用いたシャドウマスクの製造方法。
  7. 前記ベースの全厚に対して95%から50%の厚さで前記ウェットエッチング段階によるウェットエッチングパターンを形成し、残された残りの厚さで前記レーザー加工段階によるレーザー加工パターンを形成することを特徴とする、請求項1に記載の複合加工方法を用いたシャドウマスクの製造方法。
  8. 前記レーザー加工パターンが前記ベース上の加工面から内径が狭くなってテーパー状に形成された場合には、テーパー角度を30度から90度の範囲とすることを特徴とする、請求項1に記載の複合加工方法を用いたシャドウマスクの製造方法。
  9. 前記レーザー加工段階によるレーザー加工パターンの裏面からの突出バリ(Burr)の高さが1μm以下であることを特徴とする、請求項1に記載の複合加工方法を用いたシャドウマスクの製造方法。
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