KR101274155B1 - 금속 마스크 제조방법 - Google Patents

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KR101274155B1
KR101274155B1 KR1020120013479A KR20120013479A KR101274155B1 KR 101274155 B1 KR101274155 B1 KR 101274155B1 KR 1020120013479 A KR1020120013479 A KR 1020120013479A KR 20120013479 A KR20120013479 A KR 20120013479A KR 101274155 B1 KR101274155 B1 KR 101274155B1
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르는 금속 마스크 제조방법은 금속 마스크 패턴의 정밀도를 향상시키고, 물리적 박리가 아닌 선택 식각을 이용하여, 금속 마스크의 표면에 가해질 수 있는 손상을 줄이는 것을 목적으로 한다.
상기 금속 마스크 제조방법은 유리기판 상부에 제 1 금속막을 형성하는 단계; 상기 제 1 금속막을 식각하여 복수의 개구영역을 가진 마스크 패턴을 형성하는 단계; 상기 유리기판을 언더컷팅(undercutting)이 이루어지도록 식각하여 상기 마스크 패턴의 개구영역 하부에 홈을 형성하는 단계; 상기 홈의 상부에 상기 개구영역의 상부로 돌출되는 감광패턴을 형성하는 단계; 상기 제 1 금속막과 상기 감광패턴이 형성된 유리기판의 상부에 상기 감광패턴의 상면을 노출하는 제 2 금속막을 형성하는 단계; 상기 감광패턴을 제거하는 단계; 습식 식각을 통해 상기 제 1 금속막을 선택적으로 제거하는 단계; 및 상기 제 2 금속막을 상기 유리기판으로부터 분리하여 마스크 프레임에 장착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

금속 마스크 제조방법{Method of fabricating metal mask}
본 발명의 실시예들은 금속 마스크 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 보다 정밀한 금속 마스크를 제공하고 박리시에 마스크 표면의 결함을 줄이기 위한 금속 마스크 제조방법에 관한 것이다.
CRT를 이용한 디스플레이장치를 대체하여 액정표시장치, 플라즈마표시장치, 유기발광표시장치, 전기영동표시장치 등 다양한 디스플레이 장치들이 개발되어 제품화되고 있으며, 이들은 모두 기존의 브라운관에 비해 시인성이 우수하고 평균소비전력도 작을뿐만아니라 발열량도 작기 때문에 차세대 표시장치로서 각광받고 있다.
이러한 디스플레이장치들은 하부기판 또는 상부기판에 박막의 패턴을형성하여 전압을 전달하는 배선을 형성하거나 스위칭 소자를 형성하는데, 이러한 배선 또는 소자 형성과정은 증착, 노광, 현상, 식각 등의 일련의 과정을 거치게 된다.
이때, 노광 공정은 기판의 표면에 감광막을 도포하고 소정의 패턴이 새겨진 마스크를 통하여 노광하는 방식으로 진행된다. 여기서 상기 마스크에 새겨진 패턴은 기판에 형성하고자하는 소자나 배선의 모양에 대응하는 것이다. 따라서, 상기 마스크에 새겨지는 패턴은 기판에 새겨질 배선 또는 소자 형상의 정확도를 결정하는 데 중요하다.
이러한 마스크는 패턴에 의해 광이 투과하는 영역과 광이 막히는 영역이 결정된다. 일반적으로, 광의 투과를 막기 위해서는 불투명한 재질인 금속이 주로 사용되며 개구된 영역을 통해 광이 투과된다.
이하, 종래의 마스크 제조공정에 대하여 도면을 통하여 상세히 설명한다. 도 1a 내지 도 1d는 종래기술에 따르는 마스크 제조공정의 단면도이며, 도 2는 종래기술에 따르는 마스크 제조공정의 순서도이다.
먼저 도 1a에 따라 금속기판(10)을 준비한다.(S1) 상기 금속기판(10)은 패턴이 새겨질 금속 마스크에 해당하는 것으로서 금속기판(10)의 사이즈와 두께는 공정의 목표에 따라 다르게 제작될 수 있다.
그 다음 금속기판(10)의 상부에 감광막(20)을 전면적으로 도포한다.(S2)
그리고 도 1b에 따라 노광, 현상 공정 등을 통하여 감광막(20)에 패턴을 형성한다.(S3) 감광막(20)은 소정의 패턴이 새겨진 마스크를 통하여 노광이 진행되며, 노광에 의해 빛이 조사된 영역과 빛이 조사되지 않은 영역이 결정된다. 그 후, 현상에 의해 빛이 조사된 영역 또는 빛이 조사되지 않은 영역이 제거되며, 그에 따라 소정의 패턴이 형성된다.
이어서, 도 1c에 따라 감광막(20)을 배리어(barrier)로 하여 식각을 진행한다.(S4) 식각은 건식 식각 또는 습식 식각 등의 방법에 의해 진행될 수 있다.
여기서, 습식 식각은 에천트(echant)를 사용하며 등방성 식각의 특징을 가진다. 따라서, 도 1c와 같이 금속기판(10)의 하부를 식각하기 위해서는 금속기판(10)의 상부가 에천트와 접촉되는 시간이 길어지게 되며, 등방성 식각특성에 따라 에천트와 접촉시간이 긴 금속기판(10)의 상부가 하부보다 많이 식각되어 패턴의 단면 형상은 상부가 넓으며 하부가 좁은 형상이 된다.
그 후, 도 1d와 같이 상기 감광막(20)을 금속기판(10)으로부터 박리하며(S5), 분리된 금속기판(10)은 마스크 프레임에 장착됨으로써 금속 마스크가 완성된다.(S6)
이러한 금속 마스크의 제조방법에서는 노광시의 마스크의 정밀도 또는 에칭의 정밀도가 최종 제품인 금속 마스크의 패턴 정밀도에 크게 영향을 미치기 때문에 각각의 공정에서 패턴의 치수 정밀도는 고도로 제어되어야 한다.
그러나, 종래 방법은 열팽창 계수가 큰 금속에 직접 패턴을 형성하여금속 마스크를 형성하는 것이므로 금속 재료에서 발생하는 약간의 온도차에 의해서도 금속 마스크의 치수 정밀도가 달라질수 있어, 동일한 치수 정밀도의 금속 마스크를 수득하기 어려웠다.
더욱이 도 1c에서 도시된 바와 같이 식각에 의해 수직한 프로파일(profile)의 패턴을 얻기 어려워 이 경우 마스크의 정밀도가 떨어지게 되어 미세한 마스크 패턴을 제작하는데 많은 어려움이 있었다. 그리고 감광막(20)의 박리 시에 물리적인 박리과정을 거치게 되어 금속기판(10)의 표면이 매끄럽게 되지 않는 등 금속기판(10)의 표면에 손상을 줄 수 있었다.
따라서 위와 같은 문제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예들은 금속기판이 아닌 유리기판을 통하여 제작하고, 수직한 프로파일의 패턴을 형성하여 금속 마스크 패턴의 정밀도를 향상시키는 것을 목적으로 한다.
그리고, 물리적 박리가 아닌 선택 식각을 이용하여, 금속 마스크의 표면에 가해질 수 있는 손상을 줄이는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 후술되는 발명을 실시하기 위한 구체적 내용 및 특허청구범위에서 설명될 것이다.
이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 금속 마스크 제조방법은 유리기판 상부에 제 1 금속막을 형성하는 단계; 상기 제 1 금속막을 식각하여 복수의 개구영역을 가진 마스크 패턴을 형성하는 단계; 상기 유리기판을 언더컷팅(undercutting)이 이루어지도록 식각하여 상기 마스크 패턴의 개구영역 하부에 홈을 형성하는 단계; 상기 홈의 상부에 상기 개구영역의 상부로 돌출되는 감광패턴을 형성하는 단계; 상기 제 1 금속막과 상기 감광패턴이 형성된 유리기판의 상부에 상기 감광패턴의 상면을 노출하는 제 2 금속막을 형성하는 단계; 상기 감광패턴을 제거하는 단계; 습식 식각을 통해 상기 제 1 금속막을 선택적으로 제거하는 단계; 및 상기 제 2 금속막을 상기 유리기판으로부터 분리하여 마스크 프레임에 장착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 홈은 상기 제 1 금속막의 하면을 노출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 홈을 형성하는 단계는 식각 시간 또는 에천트(echant)를 구성하는 물질의 조성비를 조절하여 상기 제 1 금속막의 하부를 노출시키기 위한 언더컷팅 정도를 조절하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 에천트는 불소계화합물, 계면활성제 및 무기산 중 적어도 하나로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 홈의 하면이 상기 노출된 제 1 금속막의 하면과 이루는 간격과 상기 홈의 측면이 상기 노출된 제 1 금속막 하면의 끝단과 이루는 간격은 1.3μm ~ 1.7 μm인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 감광패턴을 형성하는 단계는, 상기 제 1 금속막을 포함한 유리기판의 상부에 네거티브 특성의 감광막을 증착하는 단계; 상기 제 1 금속막을 마스크로 하여 상기 감광막을 배면노광하는 단계; 및 상기 감광막을 현상하여 상기 감광패턴을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 감광패턴은 균일한 폭을 가지며 상기 제 1 금속막에 대해 수직하게 돌출된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 2 금속막을 형성하는 단계는 전기도금(metal electro plating)을 이용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 2 금속막을 형성한 후 상기 제 2 금속막의 표면 거칠기를 줄이기 위하여 상기 제 2 금속막을 연마(polishing)하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 습식 식각은 황산염을 포함하는 에천트(echant)를 이용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1 금속막은 구리(Cu) 또는 은(Ag)으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 2 금속막은 니켈(Ni), 니켈 합금(Ni alloy), 크롬(Cr) 또는 코발트(Co)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1 금속막의 두께는 0.1μm~0.5μm인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 2 금속막의 두께는 20μm~100μm인 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르는 금속 마스크 제조방법은 상기 제 1 금속막을 식각하여 복수의 개구영역을 가진 마스크 패턴을 형성하는 단계; 상기 유리기판을 언더컷팅(undercutting)이 이루어지도록 식각하여 상기 마스크 패턴의 개구영역 하부에 홈을 형성하는 단계; 상기 홈의 상부에 상기 개구영역의 상부로 돌출되는 감광패턴을 형성하는 단계; 상기 제 1 금속막과 상기 감광패턴이 형성된 유리기판의 상부에 상기 감광패턴의 상면을 노출하는 제 2 금속막을 형성하는 단계; 상기 감광패턴을 제거하는 단계; 상기 제 2 금속막의 가장자리를 박리한 뒤 일 방향으로 잡아당겨 상기 제 2 금속막을 상기 제 1 금속막으로부터 완전히 박리하는 단계; 및 상기 박리된 제 2 금속막을 마스크 프레임에 장착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 관련된 금속 마스크 제조방법은 열팽창률이 적은 유리기판을 이용함으로써 동일한 패턴에 대한 마스크 수득률을 높이고, 수직한 프로파일을 형성함으로써 금속 마스크를 형성하기 위한 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 선택 식각에 의해 패턴이 새겨진 금속층을 유리기판으로부터 분리하므로, 물리적인 박리에 의해 나타날 수 있는 표면 손상을 제거할 수 있다.
도 1a 내지 도 1d는 종래기술에 따르는 마스크 제조공정의 단면도이다.
도 2는 종래기술에 따르는 마스크 제조공정의 순서도이다.
도 3a내지 도 3l은 본 발명의 일 실시예에 따르는 금속 마스크 제조방법의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따르는 금속 마스크 제조방법의 순서도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따르는 액정표시장치 및 액정표시장치 제조방법에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일, 유사한 구성에 대해서는 동일, 유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
그리고, 본 명세서에 첨부된 도면의 구성요소들은 설명의 편의를 위해 확대 또는 축소되어 도시되어 있을 수 있음이 고려되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 제 1, 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될수 있으나 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용되므로 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않는다.
도 3a내지 도 3l은 본 발명의 일 실시예에 따르는 금속 마스크 제조방법의 단면도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따르는 금속 마스크 제조방법의 순서도이다.
먼저 도 3a와 같이 유리기판(110)을 준비한다.(S11) 유리기판(110)은 금속기판보다 열팽창률이 작기 때문에 패턴 형성시 열에 대한 민감성이 작다. 따라서, 미세한 패턴을 형성하는 데에 큰 장점이 있다. 한편, 기판의 대상이 되는 물질은 금속보다 열팽창률이 적은 다른 물질이 될 수 있다.
그리고 도 3b와 같이 유리기판(110)의 상부에 제 1 금속막(120)을 형성한다.(S12) 상기 제 1 금속막(120)은 스퍼터링 기법 등에 의하여 증착될 수 있다. 스퍼터링 기법은 챔버 내에 플라즈마를 형성함으로써 이온화된 불활성 기체가 타겟 표면에 충돌케하여 증착물질인 타겟 물질을 직접 기화시키는 방식이다.
이때, 제 1 금속막(120)은 후술하는 공정에서 선택식각이 되는 대상이 되는것으로서 식각에 대한 선택도가 다른 금속보다 좋은 물질이어야 한다. 즉, 습식 식각 시에 다른 금속보다 에천트에 잘 녹는 물질이 되는 것이 바람직하다. 그러므로, 제 1 금속막(120)의 재료는 구리(Cu) 및 은(Ag) 등을 사용하는 것이 바람직하다.
상기, 제 1 금속막(120)은 후술하는 제 2 금속막에 마스크 패턴을 형성하기 위한 보조적인 구성으로서, 형성된 후에 다시 제거되므로 얇은 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 따라서 상기 제1 금속막(120)의 두께는 0.1μm ~ 0.5μm로 형성하는 것이 바람직하다.
이어서, 상기 제 1 금속막(120)의 상부에 제 1 감광막(130)을 도포한다. 이때, 제 1 감광막(130)은 포지티브 또는 네거티브 포토레지스트가 될 수 있다.
그리고, 도 3c와 같이 상기 제 1 금속막(120)과 제 1 감광막(130)에 노광, 현상, 식각 공정을 거쳐 마스크 패턴을 형성한다.(S13)
즉, 상기 마스크 패턴 형성공정은 다음과 같이 진행되는데 먼저 제 1 감광막(130)에 소정의 포토마스크(미도시)를 이용하여 노광을 진행하고, 노광된 제 1 감광막(130) 부분을 현상에 의해 제거한다. 이어서 남겨진 제 1 감광막(130)부분을 배리어(barrier)로 하여 제 1 금속막(120)에 대해 식각을 진행하는데, 이때 식각은 건식 식각 또는 습식 식각을 이용할 수 있다. 그 결과, 제 1 금속막(120)에 마스크 패턴이 형성될 수 있다. 이때, 상기 마스크 패턴은 유리기판의 식각을 위해 복수의 개구영역을 가진 패턴일 수 있다.
그 후, 도 3d에 따라, 상기 유리기판(110)에 대하여 식각공정을 진행한다.(S14)
식각공정은 건식 식각이나 습식 식각이 이용될 수 있으나, 습식식각을 이용하는 것이 더욱 바람직하다.
이때, 상기 유리기판(110)을 식각하기 위한 에천트는 불소계화합물 ,첨가제 및 무기산 중 적어도 하나로 구성될 수 있다.
상기 불소계화합물은 HF, NH4F, NH4HF2 중에 하나 이상이 선택될 수있다. HF, NH4F, NH4HF2은 유리식각의 주재료로 유리 성분인 산화물을 불화물로 만들어 식각을 시키며, 전구, 유리, 브라운관 등의 식각에 주로 사용된다.
첨가제는 불소계 계면활성제 또는 음이온 계면활성제 등이 사용될 수 있다. 계면활성제를 첨가하는 경우 에천트의 침투력을 높일 수 있으며, 식각 중에 생성되는 침전물이 글라스 표면에 부착하여 생기는 얼룩 등의 문제가 방지되어 매우 깨끗한 표면 상태를 유지할 수 있다.
무기산은 H2SO4, H3PO4, HCl, H2CO3, HNO3와 HClO4 중에 하나 이상 선택될 수 있다. 상기 무기산은 부재료로서 유리 성분의 양이온과 결합하여 수용성 슬러지를 형성시켜 유리기판(110) 표면에 슬러지 재부착을 방지하고, 에천트의 산화력을 높여 식각력을 향상시키며, 에천트의 점성을 증가시킴으로써 찍힘 및 스크레치 확장을 방지하여 유리기판(110) 표면 상태를 양호하게 할 수 있다.
그리고 유리기판(110)의 식각 방식에는 피처리 유리의 크기에 따라 보다 작은 크기의 유리에 적용하는 딥-버블(Dip-bubble) 방식과 큰 크기의 유리에 적용하는 스프레이 방식이 있다. 딥-버블 방식은 에어레이션이 되고 있는 식각조에 피처리 유리를 담궈서 처리하는 방법인데 일반적으로 일정 온도를 유지하지 않고 식각에 따라 승온된 온도를 그대로 적용하여 식각을 진행하며 스프레이 방식은 조 외에 피처리 유리를 스프레이하고 일정 온도를 유지하면서 식각이 이루어진다.
이때, 유리기판(110)이 에천트에 의해 노출되는 시간 또는 에천트를 이루는 물질의 조성비를 달리하여, 유리기판(110)이 언더컷팅(undercutting)되도록 식각할 수 있다.
습식 식각은 등방성 식각으로서, 피식각체가 에천트와 접촉하는 모든부분에 대하여 식각이 진행된다. 따라서, 도 3d와 같이 x방향으로만 식각하는 것이 목적인 경우라도, y방향에 대하여 식각이 진행될 수 있다. 이는 피식각체가 에천트에 닿는 시간이 많거나 에천트의 조성비가 달라짐에 따라 y방향에 대한 식각률이 더 커질 수 있다.
따라서, 이러한 식각에 의해 유리기판(110)에서 마스크 패턴의 개구영역 하부에 홈(H)이 형성될 수 있다.
이때, 상기 홈(H)은 제 1 금속막(120)의 하부 영역(R)을 노출시키는 모양이 될 수 있다. 상기 홈(H)은 제 1 금속막(120)의 하부 영역(R)을 노출시킴으로써 후술하는 선택 식각의 단계에서 제 1 금속막(120)이 원활히 식각될 수 있게 한다.
상기 홈(H)의 평면적인 모양은 마스크 패턴의 개구영역이 이루는 모양과 동일할 수 있다. 그리고 상기 홈(H)의 단면적인 모양은 다양한 모양이 될 수 있으나, 하면이 편평하고 측면은 일정한 곡률을 가지는 곡면 형태가 될 수 있다. 구체적으로는, 제 1 금속막(120)의 하면과 홈(H)의 하면과의 간격(d1)은 1.3μm ~ 1.7μm가 될 수 있으며, 제 1 금속막(120) 하면의 끝단과 홈(H)의 측면 사이의 간격(d2) 역시 1.3μm ~ 1.7μm가 될 수 있다.
그리고 도 3e와 같이 제 1 감광막(130)을 제거한다. 이때, 제거방법은 제 1 감광막(130)을 물리적으로 또는 화학적으로 박리하는 법을 채택할 수 있다.
이어서, 도 3f와 같이 제 2 감광막(140)을 유리기판(110) 상부에 도포하고 배면노광을 실행할 수 있다.
상기 제 2 감광막(140)은 제 1 금속막(120)이 형성된 유리기판(110)의 상부 전면에 도포되는 것으로 홈(H)의 내부까지 채워지도록 도포된다. 이때, 제 2 감광막(140)은 배면노광의 대상이 되므로 네거티브 특성을 갖는 감광막이 될 수 있다. 네거티브 특성을 갖는 감광막은 빛이 조사되지 않은 영역이 현상에 의해 제거되는 특징을 가진다.
그리고 배면노광시에는 불투명한 재질인 제 1 금속막(120)이 마스크 역할을 한다. 따라서, 제 2 감광막(140)에서 빛에 노출되는 영역은 제 1 금속막(120)의 마스크 패턴의 개구 영역에 대응된다.
그러므로, 도 3g와 같이 제 2 감광막(140)을 현상하였을 때, 마스크 패턴과 반대되는 모양(제 1 금속막의 마스크 패턴의 개구영역과 동일한 모양)을 가진 감광패턴(141)이 형성된다.(S15)
상기 감광패턴(141)은 홈(H)의 상부에 형성되며, 유리기판(110)에서 제 1 금속막(120)의 위치보다 더 높게 돌출된 모양을 가지고 있다. 그리고 빛의 직진성에 따른 특성에 따라 배면노광 후에 현상된 감광패턴(141)은 제 1 금속막(120)에 대하여 수직하게 돌출되며, 균일한 폭(w)을 가지도록 형성될 수 있다.
그 후, 상기 유리기판(110)에 대하여 도 3h와 같이 전기도금(metal electro plating)을 통하여 제 2 금속막(150)을 형성한다.(S16)
전기도금은 도금하고자 하는 피도물을 음극으로 하고 전착(電着)시키고자 하는 금속을 양극으로 하여, 전착시키고자 하는 금속의 이온을 함유한 전해액 속에 넣고, 전기를 통하면 바라는 금속이온이 피도물의 표면에 달라붙는 원리를 이용한다. 전기도금은 다양한 크기와 모양의 제품에 대해 가공이 가능하며, 고가 금속의 뛰어난 특성과 밀착성을 가진 피막을 얻을 수 있다는 것이 장점이다.
여기서 제 2 금속막(150)이 되는 금속은 니켈(Ni), 니켈 합금(Ni alloy), 크롬(Cr), 코발트(Co) 등이 될 수 있으며, 아래에서는 니켈의 경우를 예로 들어 설명한다.
도 3h와 같이 니켈 금속판(162)을 양극으로 하고 제 1 금속막(120)을 포함한 유리기판(110)을 음극으로 하여, 전해질 용액(161)이 담긴 용기(160)에 니켈 금속판(162)과 유리기판(110)을 담근다.
이때, 전원장치(163)를 통하여 전기를 인가하면, 양극과 연결된 니켈 금속판(162)에서는 니켈(Ni)이 니켈이온(Ni2+)과 전자(2e-)로 분리되는 화학반응이 일어나며, 니켈 이온(Ni2+)은 전해질 용액(161)속에 용해된다. 그 후 전자(2e-)는 전선을 통하여 음극으로 들어가게 되고, 음극과 연결된 제 1 금속막(120)의 표면에 제공된다. 그 결과 제 1 금속막(120)과 감광패턴(141)의 표면에서 전해질 용액 속의 니켈이온과 전자가 결합되어 니켈이 적출되므로 도 3i에 도시된 바와 같이 제 2 금속막(150)이 형성될 수 있다.
여기서 상기 제 2 금속막(150)은 감광패턴의 상면(141a)이 노출되도록 형성될 수 있다. 상기 감광패턴(141)은 후술하는 단계에서 제거되는 것이므로, 상기 제거를 위해 노출될 공간이 필요하기 때문이다.
그리고 도 3i에서는 제 2 금속막(150)이 감광패턴(141)의 높이와 동일한 두께로 형성되는 것으로 도시되었으나, 제 2 금속막(150)의 두께는 감광패턴(141)의 높이보다 낮게 형성될 수도 있으며, 감광패턴(141)의 높이보다 높게 형성되되 감광패턴의 상면(141a)을 노출하는 형태로 형성될 수도 있다. 바람직하게는 제 2 금속막(150)의 두께는 20μm ~ 100 μm 범위가 될 수 있다.
한편, 상기 제 2 금속막(150)을 형성하는 방법은 전기도금을 이용하는 방법 외에 본 기술분야에 대하여 통상의 지식을 가지는 자가 유용하게 변경할 수 있는 범위내의 다양한 방법이 사용될 수도 있다.
이어서, 도면에는 도시되지 않았으나, 상기 제 2 금속막(150)의 표면 거칠기(roughness)를 줄이고 감광패턴(141)을 노출시키기 위해 연마(polishing) 과정을 거칠 수 있다. 상기 연마과정은 제 2 금속막(150)의 표면의 돌기들을 제거하여 제 2 금속막(150)의 표면을 매끄럽게 할 수 있다.
한편, 상기 전기도금에 의해 제 2 금속막(150)이 제 1 금속막(120) 상부의 전면을 덮어 감광패턴(141)이 제 2 금속막(150)에 매립되는 경우라도, 제 2 금속막(150)을 연마함으로써 감광패턴의 상면(141a)을 노출시킬 수 있다. 이러한 연마과정을 통해 제 2 금속막(150)의 상면은 편평하고 매끄럽게 될 뿐만 아니라 감광패턴의 상면(141a)이 드러나게 되어 이후에 진행될 감광패턴(141) 박리과정에서 감광패턴(141)이 박리를 위한 용제와 접촉하게 된다. 상기 연마과정으로 화학기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP) 공정이 사용될 수 있다.
그 후, 도 3j와 같이 상기 감광패턴(141)을 제거하는 과정을 거친다.(S17) 이때, 제거방법은 제 1 감광막(130)을 박리하는 과정과 마찬가지로 감광패턴(141)을 물리적으로 또는 화학적으로 박리하는 법을 채택할 수 있다.
여기서, 상기 감광패턴(141)은 폭이 균일하고 제 1 금속막(120)에 대하여 수직하게 형성된 것이기 때문에 감광패턴(141)이 박리된 제 2 금속막(150) 패턴의 프로파일(profile)은 수직하고 균일한 폭을 가질 수 있다. 즉, 이와 같은 공정을 통하여 균일하고 정밀한 마스크 패턴을 형성할 수 있다. 종래기술의 경우, 수직한 프로파일을 얻기 어려우며, 금속의 열팽창으로 인해 항상 동일한 패턴을 얻기 어려워 정밀도의 오차범위가 ±10μm이상이었다. 그러나 본 발명의 일 실시예는 전술한 공정을 통해 정밀도의 오차범위를 ±3μm이하 수준으로 좁힐 수 있다.
이어서, 도 3k와 같이 제 1 금속막(120)을 선택 식각을 통해 제거하게 된다.(S18)
상기 선택 식각은 건식 식각 또는 습식 식각을 이용할 수 있으나 본 발명의 일 실시예에서는 습식 식각을 하는 것이 더욱 바람직하다. 건식 식각은 습식 식각에 비하여 미세한 패턴을 형성할 수 있다는 데에 장점이 있으나 건식 식각에 비하여 습식 식각은 높은 선택성을 가진다는 장점이 있으므로, 제 1 금속막(120)을 제거하기 위해서는 정밀도보다 선택도가 더욱 중요하기 때문이다.
도 3k에서는 에천트가 담긴 전해조에 제 1 금속막(120)을 포함한 유리기판(110)을 담그어 식각하는 방법이 도시되어 있다.
여기서 에천트는 제 1 금속막(120)에 대해서만 식각을 진행하며 제 2 금속막(150)에 대해서는 부식의 영향이 없는 물질이어야 한다. 이러한 에천트는 황산염(H2SO4)을 포함할 수 있다.
그리고 상기 제 1 금속막(120)이 에천트와 접촉하는 영역은 제 1 금속막(120)의 외측면과, 마스크 패턴의 형성을 통해 개구된 제 1 금속막(120)의 내측면과, 유리기판(110)의 홈(H)에 의해 노출된 제 1 금속막(120)의 하부 영역(R)이다. 여기서, 상기 홈(H)에 의해 노출된 영역에 의해 제 1 금속막(120)이 에천트와 접촉하는 면적이 상당히 넓어지게되며, 접촉면적이 넓을수록 식각율이 더욱 높아 빠르고 정확한 식각이 이루어질 수 있다. 따라서, 상기 홈(H)의 형상이 제 1 금속막(120)의 하부 영역을 많이 노출할수록 선택 식각율은 더욱 높아질 수 있다. 즉, 유리기판(110)의 식각시 언더컷팅이 많이 이루어질수록 선택 식각율은 더욱 높아질 수 있다. 그러나 홈(H)의 형상은 제 2 감광막(140)이나 제 2 금속막(150)과 같은 다른 구성들의 형성에 영향을 주지 않는 범위에서 결정되어야 할 것이다.
한편, 여기서 습식 식각의 방법에 대하여 전해질 용액에 피식각체를 담그어 식각하는 방법에 대하여만 언급하였으나 스프레이 방식에 의한 방법도 본 발명의 일 실시예로서 포함될 수 있다.
그리고 마지막으로, 도 3l과 같이 제 2 금속막(150)을 유리기판(110)으로부터 완전히 분리시키게 되며, 분리된 제 2 금속막(150)은 마스크 프레임에 장착될 수 있다.(S19)
제 2 금속막(150)은 선택 식각에 의하여 제 1 금속막(120)으로부터 제 2 금속막(150)의 표면에 손상없이 분리될 수 있다. 종래기술에서는 피박리체를 물리적인 방법에 의하여 박리를 진행하여, 마스크의 표면에 손상이 발생되거나 매끄럽지 못한 표면을 얻을 수 있었다. 그러나 본 발명의 일 실시예는 높은 선택도를 가지는 습식 식각을 통해 제 1 금속막(120)을 제거하므로 물리적인 박리에 의한 단점을 극복할 수 있다.
분리된 제 2 금속막(150)은 마스크 프레임(미도시)에 인장되며, 레이저 또는 합성수지에 의해 마스크 프레임(미도시)에 완전히 고정될 수 있다.
이상으로 살펴본 본 발명의 일 실시예는 금속기판 대신 유리기판(110)을 이용하여 마스크 패턴을 형성하기 때문에 마스크 제조공정시에 유리기판(110)의 열팽창률이 적어 항상 동일한 모양의 마스크 패턴을 수득할 확률을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 제 1 금속막(120)을 통하여 감광패턴(141)을 형성하는 과정을 거침으로써 수직하고 균일한 폭을 가지는 감광패턴(141)을 형성할 수 있다. 여기서 상기 감광패턴(141)은 제 2 금속막(150)의 마스크 패턴의 개구영역과 동일한 형태를 가지는 것이므로, 제 2 금속막(150)의 패턴은 수직한 프로파일을 가질 수 있다. 그에 따라, 본 발명의 일 실시예는 마스크 패턴의 정밀도를 향상시킬 수 있으며, 상기 정밀도의 오차범위를 ±3μm이하 수준까지 낮출 수 있으므로 종래기술보다 현저히 개선된 효과를 가진다.
한편, 본 발명의 일 실시예는 제 2 금속막을 분리할 때 제 1 금속막을 선택 식각하지 않는 대신, 유리기판을 식각하거나, 제 1 금속막으로부터 제 2 금속막을 물리적으로 박리할 수도 있다. 물리적으로 박리하는 경우는 제 2 금속막을 박리하기 위한 박리 유닛이 필요하다. 이때, 박리 유닛은 상기 제 2 금속막의 가장자리 일 부분을 제 1 금속막으로부터 박리한 다음 일 방향으로 잡아당김으로써 제 2 금속막을 완전히 박리할 수 있다. 일반적으로 잡아당기는 방향은 제 2 금속막이 사각형 형상이라고 할 때 대각선 방향이 되거나 세로 또는 가로 방향이 될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 액정표시장치, 유기발광표시장치, 플라즈마표시장치, 전기영동표시장치 등에 포함되는 패턴들을 형성하기 위한 금속 마스크를 제조하는 데에 사용될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예들에 대하여 상세하게 설명하였지만, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
110 : 유리기판 120 : 제 1 금속막
130 : 제 1 감광막 140 : 제 2 감광막
141 : 감광패턴 150 : 제 2 금속막
H : 홈

Claims (15)

  1. 유리기판 상부에 제 1 금속막을 형성하는 단계;
    상기 제 1 금속막을 식각하여 복수의 개구영역을 가진 마스크 패턴을 형성하는 단계;
    상기 유리기판을 언더컷팅(undercutting)이 이루어지도록 식각하여 상기 마스크 패턴의 개구영역 하부에 홈을 형성하는 단계;
    상기 홈의 상부에 상기 개구영역의 상부로 돌출되는 감광패턴을 형성하는 단계;
    상기 제 1 금속막과 상기 감광패턴이 형성된 유리기판의 상부에 상기 감광패턴의 상면을 노출하는 제 2 금속막을 형성하는 단계;
    상기 감광패턴을 제거하는 단계;
    습식 식각을 통해 상기 제 1 금속막을 선택적으로 제거하는 단계; 및
    상기 제 2 금속막을 상기 유리기판으로부터 분리하여 마스크 프레임에 장착하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 마스크 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 홈은 상기 제 1 금속막의 하면을 노출하는 것을 특징으로 하는 금속 마스크 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 홈을 형성하는 단계는 식각 시간 또는 에천트(echant)를 구성하는 물질의 조성비를 조절하여 상기 제 1 금속막의 하부를 노출시키기 위한 언더컷팅 정도를 조절하는 것을 특징으로 하는 금속 마스크 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 에천트는 불소계화합물, 계면활성제 및 무기산 중 적어도 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 금속 마스크 제조방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 홈의 하면이 상기 노출된 제 1 금속막의 하면과 이루는 간격과 상기 홈의 측면이 상기 노출된 제 1 금속막 하면의 끝단과 이루는 간격은 1.3μm ~ 1.7 μm인 것을 특징으로 하는 금속 마스크 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 감광패턴을 형성하는 단계는,
    상기 제 1 금속막을 포함한 유리기판의 상부에 네거티브 특성의 감광막을 증착하는 단계;
    상기 제 1 금속막을 마스크로 하여 상기 감광막을 배면노광하는 단계; 및
    상기 감광막을 현상하여 상기 감광패턴을 형성하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 마스크 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 감광패턴은 균일한 폭을 가지며 상기 제 1 금속막에 대해 수직하게 돌출된 것을 특징으로 하는 금속 마스크 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 금속막을 형성하는 단계는 전기도금(metal electro plating)을 이용하는 것을 특징으로 하는 금속 마스크 제조방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 금속막을 형성한 후 상기 제 2 금속막의 표면 거칠기를 줄이기 위하여 상기 제 2 금속막을 연마(polishing)하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 마스크 제조방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 습식 식각은 황산염을 포함하는 에천트(echant)를 이용하는 것을 특징으로 하는 금속 마스크 제조방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 금속막은 구리(Cu) 또는 은(Ag)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속 마스크 제조방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 금속막은 니켈(Ni), 니켈 합금(Ni alloy), 크롬(Cr) 또는 코발트(Co)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속 마스크 제조방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 금속막의 두께는 0.1μm~0.5μm인 것을 특징으로 하는 금속 마스크 제조방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 금속막의 두께는 20μm~100μm인 것을 특징으로 하는 금속 마스크 제조방법.
  15. 유리기판 상부에 제 1 금속막을 형성하는 단계;
    상기 제 1 금속막을 식각하여 복수의 개구영역을 가진 마스크 패턴을 형성하는 단계;
    상기 유리기판을 언더컷팅(undercutting)이 이루어지도록 식각하여 상기 마스크 패턴의 개구영역 하부에 홈을 형성하는 단계;
    상기 홈의 상부에 상기 개구영역의 상부로 돌출되는 감광패턴을 형성하는 단계;
    상기 제 1 금속막과 상기 감광패턴이 형성된 유리기판의 상부에 상기 감광패턴의 상면을 노출하는 제 2 금속막을 형성하는 단계;
    상기 감광패턴을 제거하는 단계;
    상기 제 2 금속막의 가장자리를 박리한 뒤 일 방향으로 잡아당겨 상기 제 2 금속막을 상기 제 1 금속막으로부터 완전히 박리하는 단계; 및
    상기 박리된 제 2 금속막을 마스크 프레임에 장착하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 마스크 제조방법.
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