KR100687486B1 - 유기 이엘용 스트레칭 마스크 제조장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기 반도체 소자 등의 박막 제조를 위해 사용하는 메탈 쉐도우 마스크 제조에 관한 것으로서 특히, 마스크 시트를 인장하여 프레임에 레이저 접합하는 스트레칭 마스크(텐션마스크 또는 프레임 마스크라고도 불림)의 제조방법에 관한 것으로서, 기 패턴된 마스크 시트를 클램핑하여 기계적으로 인장하고 프레임에 접합해왔던 기존 방식과는 달리 마스크의 패턴을 먼저 진행하지 않고 마스크 원자재를 기계적으로 인장하여 프레임에 접합한 다음 일체화된 마스크와 프레임을 습식 식각 또는 레이저 식각을 통해 패턴하는 것을 특징으로 한다.

유기 반도체 소자, 스트레칭 마스크, 마스크 시트, 습식 식각, 레이저 식각

Description

유기 이엘용 스트레칭 마스크 제조장치 및 방법{Organic EL stretching mask manufacturing apparatus and method}

도 1은 종래의 스트레칭 마스크의 구성을 나타낸 도면

도 2는 종래의 스트레칭 마스크의 제조장치를 나타낸 도면

도 3은 종래의 스트레칭 마스크 제조 순서를 나타낸 블록도

도 4는 본 발명에 따른 스트레칭 마스크 제조 방법을 나타내는 블록도

도 5는 본 발명에 따른 스트레칭 마스크 제조장치를 나타낸 도면

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

10 : 마스크 20 : 프레임

30 : 패턴 40 : 마스크 얼라인 홀

50 : 프레임 얼라인 홀 60 : 레이저 용접 라인

100 : CCD카메라 110 : 용접용 레이저

120 : 마스크 130 : 프레임

140 : 클램프 150 : 모터

160 : 얼라인 판 170 : 상하조절판

200 : 패턴 형성용 레이저 210 : 레이저 이동판

220 : 용접 레이저 230 : 클램프

240 : 마스크 250 : 프레임

260 : 모터 270 : 히팅 블록(heating block)

280 : 얼라인 판 290 : 상하조절판

본 발명은 유기 EL 및 유기 반도체 소자 등의 박막 제조를 위해서 진공증착 공정에서 사용하는 메탈 쉐도우 마스크 제조장치와 방법에 관한 것으로서 특히, 스트레칭 마스크의 제조에 관한 것으로 스트레칭 마스크를 제조할 때 이미 패턴된 마스크를 인장한 후 프레임에 접합하여 제조하였던 종래의 방법을 따르지 않고 마스크 원자재를 인장하여 프레임에 접합한 후 프레임에 접합된 마스크 원자재를 습식 식각 공정 또는 레이저 식각 공정을 통해 패턴하는 유기 EL용 스트레칭 마스크 제조장치 및 방법에 관한 것이다.

대면적 기판에 대응하는 유기 EL용 마스크의 제조에 있어서 중력방향으로의 처짐을 방지하기 위해 마스크를 팽팽하게 당겨서 프레임에 접합한 마스크가 사용되고 있었는데 도 1에서 보는 바와 같이 스트레칭 마스크는 수십 ㎛ 두께의 마스크(10)와 일정 두께의 프레임(20)으로 구성되는데 마스크를 주로 습식식각법을 이용 해서 패턴하였다. 이 때 마스크에 패턴(30)을 형성하면서 프레임(20)과 미세 얼라인 할 수 있도록 얼라인 홀(40)도 함께 형성하였다. 습식식각법은 마스크에 감광성 코팅액을 균일한 두께로 도포한 다음 현상필름을 붙이거나 포토마스크로 가려서 UV광을 조사하였다. UV광의 선택적인 조사에 의해 감광성 코팅막이 광화학반응을 해서 용해도(solubility)가 증가되어 알칼리 수용액인 디벨로퍼(developer)에 녹게 되는 것이다. 상기의 공정을 통해 마스크에 감광성 코팅막 패턴을 형성한 후 식각(etching)을 하게 되었는데 코팅막이 형성되지 않은 마스크 부분을 식각(etching) 용액으로 녹여서 제거하고 마스크에 형성되어 있던 감광성 코팅막 패턴을 고농도 알칼리 용액 성분의 스트립퍼(stripper)에 담궈서 벗겨내었다. 이와 같은 과정을 통해 마스크를 패턴하는 방법이 습식식각 방법이다. 상기와 같이 패턴한 마스크를 도 2에서 보는 바와 같이 스트레칭 마스크 제조장치에 프레임(130)과 함께 로딩하여 스트레칭 공정을 진행하게 된다.

도 3을 참조하여 종래의 스트레칭 마스크 제조 방법을 상세히 살펴보면 마스크 원자재를 습식식각 방법으로 패턴을 형성하는 단계, 패턴이 형성된 마스크와 프레임을 스트레칭 장치에 로딩하는 단계, 마스크를 클램핑하는 단계, 인장량을 조절하면서 마스크를 인장하는 단계, 실 패턴값과 일치하는지 여부를 상부에 설치된 CCD카메라로 확인하는 단계, 프레임을 상승시켜 마스크와 미세 정렬하는 단계, 미세 정렬된 마스크와 프레임을 밀착하는 단계, 상부에 위치한 레이저가 용접될 부위를 움직이면서 용접하는 단계, 일체화된 마스크와 프레임을 언로딩하는 단계, 용접 부위 외곽부의 마스크를 절단하는 단계를 포함하여 제작이 이루어진다.

상기와 같은 종래의 스트레칭 마스크 제조 방법은 마스크가 인장되어 늘어날 것을 예상하여 원래 패턴 수치보다 작게 설계하여 습식식각법에 의해 패턴한 다음 기계적인 인장을 가해 실제 패턴 수치만큼 늘여서 일정 두께의 프레임에 접합하는 방식으로 제조되었다. 접합하는 방법은 주로 레이저를 이용해서 용접하는 방법을 사용하였고, 어느 정도 인장하느냐에 따라 마스크의 패턴 설계를 다르게 가져 가야 했으나 이 과정도 한번에 해결할 수 있을 만큼의 충분한 시뮬레이션 데이터가 확보되어 있지 않았기 때문에 예를 들어 스테인레스 재료 또는 불변강 재료에 따른 원자재의 특성과 마스크에 형성된 패턴의 형상에 따라서 인장량을 다르게 적용해야 하였고 패턴값 보다 얼마나 작게 마스크를 패턴해야 할 지에 대해 경험적으로 대처하는 경우가 많아 원자재 소모가 크고 패턴의 정확도나 패턴 위치의 정확도가 만족스럽지 못하였다. 또한 마스크에 형성되는 패턴이 동일한 모델의 나열이 아니라 몇 가지 모델이 혼합된 경우에서 볼 수 있듯이 인장하여 원하는 패턴을 얻기가 어렵다는 문제점이 나타났다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 스트레칭 값에 무관하게 내부에 형성하는 패턴의 형상과 상관없이 정확한 패턴을 확보할 수 있는 스트레칭 마스크의 제조장치 및 방법을 제공하고자 하는 것이다. 본 발명에 의한 스 트레칭 마스크의 제조방법은 인장량을 고려한 수축 패턴 형성이 필요 없고, 실 패턴 수치로 마스크를 패턴하기 때문에 패턴의 정확성이 향상되고 프레임과 마스크의 미세 얼라인이 필요하지 않아서 기존 방식에서 프레임에 형성해야 하는 얼라인 홀을 제거할 수 있기 때문에 프레임의 강도가 향상된다.

본 발명의 다른 목적은 기존의 스트레칭 마스크 제조 방법인 마스크를 패턴한 후 프레임에 인장, 접합하는 방식과 차별화 하여 먼저 마스크를 패턴하지 않고 마스크 원자재를 인장하여 프레임에 접합한 후에 일체화된 마스크 원자재와 프레임을 습식식각 또는 레이저 식각 공정을 통해 패턴하는 방법으로 달성되도록 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 유기 반도체 소자 등의 박막 제조를 위해 사용하는 메탈 쉐도우 마스크 제조에 관한 것으로서 특히, 마스크 시트(mask sheet)를 인장하여 프레임에 레이저 접합하는 스트레칭 마스크(텐션마스크 또는 프레임 마스크라고도 불림)의 제조장치 및 방법에 관한 것으로서

마스크 원자재와 프레임을 로딩한 후, 마스크 원자재를 고정시키는 클램프와;

상기 클램프에 연결되어 클램프에 의해 고정된 마스크 원자재에 기계적 인장량을 조절할 수 있도록 설치된 모터부와;

상기 인장된 마스크 원자재에 프레임을 상승시켜 밀착시킨 밀착부를 레이저로 용접하는 용접용 레이저와;

상기 용접용 레이저에 의해 용접된 밀착부의 내부영역에서 위치 입력 값에 따라 움직이면서 패턴을 형성하는 패턴 형성용 레이저와;

상기 패턴 형성용 레이저를 위치 입력 값에 따라 움직이게 하는 레이저 이동판; 으로 이루어지고, 상기 용접용 레이저를 별도로 설치하지 않고 패턴 형성용 레이저가 레이저 이동판 상에서 이동하면 레이저 용접과 레이저 식각공정을 모두 수행할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 의한 스트레칭 마스크 제조 방법에 대한 순서도를 나타낸 것이다. 마스크 원자재를 인장하여 프레임에 접합시키고 난 후에 일체화된 마스크 원자재와 프레임을 어떤 방법에 의해 패턴하느냐에 따라 선인장 후습식식각법과 선인장 후레이저식각법으로 구분할 수 있다.

선인장 후습식식각법에 의한 스트레칭 마스크 제조는 마스크 원자재와 프레임을 스트레칭 장치에 로딩하는 제1단계와;

상기 로딩된 마스크 원자재를 클램핑하는 제2단계와;

상기 마스크 원자재의 인장 특성을 고려해서 기계적으로 인장하는 제3단계 와;

상기 인장된 마스크 원자재를 프레임에 밀착하는 제4단계와;

상기 마스크와 프레임을 레이저 용접하여 일체화시키는 제5단계와;

상기 일체화된 마스크와 프레임을 언로딩하는 제6단계; 를 포함하는 마스크 스트레칭 공정을 실시하고 난 후에 상기 마스크 용접부 외곽을 절단해서 제거하는 제7단계와;

상기 용접부 외곽을 절단한 일체화된 마스크와 프레임의 양면에 균일한 두께로 감광성 코팅막을 형성하는 제8단계와;

상기 감광성 코팅막이 형성된 마스크와 프레임을 포토마스크와 얼라인하는 제9단계와;

상기 포토마스크와 얼라인한 후 UV광을 조사하는 제10단계와;

상기 UV광을 조사한 후 디벨로퍼(developer)에 담궈서 상기 변화된 감광성 코팅막을 제거하는 제11단계와;

상기 감광성 코팅막을 제거하여 상기 감광성 코팅막 패턴이 형성된 마스크 프레임에 식각액(etchant)을 노즐형태의 기구를 사용하여 스프레이 형태로 뿌리면서 식각하는 제12단계와;

상기 식각(etching)한 일체화된 마스크 프레임에 형성된 감광막 패턴을 제거하는 제13단계; 를 포함하는 마스크 패터닝(Patterning) 공정을 통해 완성된다.

상기 제12단계에서 마스크를 식각할 때 식각액의 농도와 스프레이 되는 양 및 분사압에 따라 양면의 식각률을 조절하는 것이 중요하며 프레임이 접합된 반대쪽 면에서만 식각하는 방법을 사용할 수도 있으나 습식식각 정밀도가 나빠질 우려가 있고 패턴 시간도 더 길어지는 문제가 있어서 양면 감광막 패턴을 하여 양면 식각하는 것이 더 바람직하다. 일실시예로서 거론한 선인장 후습식식각법을 수행할 수 있는 장치는 도시하지 않았다. 마스크 시트의 습식식각 패턴이 가능한 장치에서 프레임이 함께 공정에 적용될 수 있으면 본 발명을 달성할 수 있기 때문에 습식식각 장치에 대해서는 도시하지 않는다.

선인장 후레이저식각법은 마스크 원자재의 인장 및 프레임에의 접합까지의 상기 제5단계까지는 선인장 후습식식각법과 동일하고 마스크와 프레임의 레이저 용접이 끝난 후 패턴 형성용 레이저의 세기 조절과 위치 입력 값에 따른 위치 제어를 통해 움직이면서 마스크의 특정부위를 태워서 정확한 패턴을 형성하는 제6단계와;

상기 패턴이 형성된 마스크의 표면 처리하는 제7단계와;

상기 표면 처리된 마스크의 용접 외곽부를 절단하는 제8단계; 를 포함하는 레이저 식각법은 마스크 1장을 패턴하기 위해 다소 많은 시간이 소요되는 단점은 있으나 패널의 다양한 변화를 시도하는 연구개발 시 매번 마스크를 제조하기 위해 매번 포토마스크를 제조하지 않고도 원하는 패턴의 마스크를 얻을 수 있어서 제조단가 측면에서의 장점이 있고 레이저의 세기와 레이저의 위치제어만으로 패턴 형성이 가능하므로 대면적 기판에의 대응이 가능하다는 장점도 있다.

도 5에서 보는 바와 같이 선인장 후레이저식각장치에서 마스크 원자재(240)와 프레임(250)을 로딩한 후, 상기 마스크 원자재(240)를 클램프(230)에 고정하여 기계적 인장을 하고 프레임(250)을 상승시켜 인장된 마스크 원자재(240)에 밀착시킨다. 마스크와 프레임의 밀착부를 용접용 레이저(220)로 용접하고 패턴 형성용 레이저(200)가 위치 입력 값에 따라 레이저 이동판(210) 상에서 이동하면서 마스크에 패턴을 형성한다. 패턴 형성이 완료되면 클램프(230)를 풀고 패턴이 형성된 마스크 프레임(240)을 언로딩하여 마스크 표면 처리 후 용접부 외곽을 절단하여 제거하고 상기 마스크를 세척하면 스트레칭 마스크의 제조가 완료된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 설명하였지만, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

이상과 같은 본 발명은 유기 EL 증착 공정에서 사용하는 스트레칭 마스크의 제조방식을 기존과 달리 패턴하지 않은 원자재를 인장하여 프레임에 접합하고 일체화된 마스크 원자재와 프레임을 패턴하기 때문에 인장량을 고려한 수축 패턴 형성의 마스크 설계 노하우가 필요하지 않고 마스크 내부에 모델에 대한 제한 없이 정 확한 패턴을 형성할 수 있고 마스크와 프레임 접합 시 미세 얼라인이 필요하지 않기 때문에 프레임에 얼라인 홀을 가공할 필요가 없어서 프레임의 강도가 개선되는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (7)

1. 마스크(10) 원자재와 프레임(20)을 로딩한 후, 상기 마스크(10) 원자재를 고정시키는 클램프(140)와;

   상기 클램프(140)에 연결되어 클램프(140)에 의해 고정된 마스크(10) 원자재에 기계적 인장량을 조절할 수 있도록 설치된 모터부(150)와;

   상기 인장된 마스크(10) 원자재에 프레임(20)을 상승시켜 밀착시킨 밀착부를 레이저로 용접하는 용접용 레이저(110)와;

   상기 용접용 레이저(110)에 의해 용접된 밀착부의 내부 영역에서 위치 입력 값에 따라 움직이면서 패턴을 형성하는 패턴 형성용 레이저(200)와;

   상기 패턴 형성용 레이저(200)를 위치 입력 값에 따라 움직이게 하는 레이저 이동판(210); 으로 이루어진 유기 이엘용 스트레칭 마스크 제조장치.
2. 삭제
3. 유기 EL 증착 공정에 사용하는 유기 이엘용 스트레칭 마스크 제조 방법에 있어서,

   마스크 원자재와 프레임을 스트레칭 장치에 로딩하는 제1단계와;

   상기 로딩된 마스크 원자재를 클램핑하는 제2단계와;

   상기 마스크 원자재 인장 특성을 고려해서 기계적으로 인장하는 제3단계와;

   상기 인장된 마스크 원자재를 프레임에 상승시켜 밀착하는 제4단계와;

   상기 마스크와 프레임을 레이저 용접하여 일체화시키는 제5단계와;

   상기 일체화된 마스크와 프레임을 언로딩하는 제6단계; 를 포함하는 마스크 스트레칭 공정을 실시하고 난 후에 일체화된 마스크 원자재와 프레임을 패턴하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 이엘용 스트레칭 마스크 제작 방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 제1단계 내지 제6단계의 마스크 스트레칭 공정을 실시한 후

   상기 마스크 용접부 외곽을 절단해서 제거하는 제7단계와;

   상기 용접부 외곽을 절단한 일체화된 마스크와 프레임의 양면에 균일한 두께로 감광성 코팅막을 형성하는 제8단계와;

   상기 감광성 코팅막이 형성된 마스크와 프레임을 포토마스크와 얼라인하는 제9단계와;

   상기 포토마스크와 얼라인한 후 UV광을 조사하는 제10단계와;

   상기 UV광을 조사한 후 디벨로퍼(developer)에 담궈서 상기 변화된 감광성 코팅막을 제거하는 제11단계와;

   상기 UV광이 조사된 부분의 감광성 코팅막을 제거하여 상기 마스크 프레임 양면에 감광성 코팅막 패턴이 형성된 마스크 프레임에 식각액(etchant)을 노즐 형태의 기구를 사용하여 스프레이 형태로 뿌리면서 식각하는 제12단계와;

   상기 식각(etching)한 일체화된 마스크 프레임에 형성된 감광막 패턴을 제거하는 제13단계; 로 이루어진 습식식각공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 이엘용 스트레칭 마스크 제조 방법.
5. 삭제
6. 제3항에 있어서,

   상기 제1단계 내지 제5단계의 마스크 스트레칭 공정을 실시한 후

   패턴 형성용 레이저의 세기 조절과 위치 입력 값에 따른 위치 제어를 통해 움직이면서 마스크의 특정부위를 태워서 정확한 패턴을 형성하는 제6단계와;

   상기 패턴이 형성된 마스크의 표면 처리하는 제7단계와;

   상기 표면 처리된 마스크의 용접 외곽부를 절단하는 제8단계; 로 이루어진 레이저 식각공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 이엘용 스트레칭 마스크 제조 방법.
7. 삭제

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