KR101584994B1 - 표시 장치의 패턴 형성 방법 및 이를 위한 패턴 형성 장비 - Google Patents

Abstract

본 발명은 몰드를 이용하여 기판 상에 패터닝을 진행 후, 상기 몰드로부터 기판을 분리시 발생되는 데미지를 방지한 표시 장치의 패턴 형성 방법 및 이를 위한 패턴 형성 장비에 관한 것으로, 본 발명의 표시 장치의 패턴 형성 방법은, 기판 상에 패턴물질층을 도포한 후, 표면에 패턴 정의막을 갖는 몰드를 대응시켜 기판 상에 패턴을 형성하는 단계와, 상기 기판의 일 코너에 대응되는 지점에서, 상기 패턴을 포함한 기판과 상기 몰드 사이에 고압의 가스를 분사하여, 상기 몰드와 기판 사이에 내측에서 외측으로 밀어내는 분리 씨드 포인트를 형성하는 단계 및 상기 분리 씨드 포인트가 형성된 측의 몰드의 배면을 잡아당겨 상기 몰드와 기판을 분리하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

디몰딩(demolding), 몰드, 에어 블로윙(air blowing), 씨드 포인트(seed point), 전단 스트레스(shear stress)

Description

표시 장치의 패턴 형성 방법 및 이를 위한 패턴 형성 장비{Forming Method For Display Device and Manufacturing Apparatus For the same}

본 발명은 표시 장치에 관한 것으로 특히, 몰드를 이용하여 기판 상에 패터닝을 진행 후, 상기 몰드로부터 기판을 분리시 발생되는 데미지를 방지한 표시 장치의 패턴 형성 방법 및 이를 위한 패턴 형성 장비에 관한 것이다.

최근의 정보화 사회에서 표시 장치(Display Device)는 시각정보 전달매체로서 그 중요성이 더 한층 강조되고 있으며, 향후 주요한 위치를 점하기 위해서는 저소비전력화, 박형화, 경량화, 고화질화 등의 요건을 충족시켜야 한다.

전자회로등의 미세 패턴 형성 공정은 소자의 특성을 좌우하는 요소일 뿐만 아니라 소자의 성능과 용량을 결정하는 중요한 요소이다.

근래, 소자의 성능을 향상시키기 위한 여러 가지 노력이 이루어지고 있지만, 특히 미세 패턴을 형성하여 소자의 성능을 향상시키는 연구가 활발하게 이루어지고 있다.

이러한 미세 패턴 형성공정은 반도체소자, 인쇄회로기판(Printed Circuit Board), 액정표시소자(Liquid Crytal Display device)나 PDP(Plasma Display Panel)와 같은 평판표시소자(Flat Panel Display device) 등에도 필수적으로 사용된다.

패턴을 형성하기 위한 많은 연구가 진행되고 있지만, 종래에 가장 많이 사용되고 있는 패턴 형성 공정은 포토 레지스트(photo-resist)를 이용한 포토 리쏘그래피(photo-lithography) 공정으로, 이하, 설명한다.

먼저, 유리와 같은 절연물질 또는 반도체물질로 이루어진 기판 위에 형성된 금속층위에 감광성물질인 포토 레지스트를 코팅하여 포토 레지스트층을 형성한다.

이어, 상기 포토 레지스트층에 소프트 베이킹(soft baking)공정을 진행한다.

이어, 투과영역과 차광영역이 정의된 노광 마스크를 상기 포토 레지스트층 위에 위치시킨 후 자외선(UV)과 같은 광을 조사한다. 통상적으로 포토 레지스트는 양성(positive) 포토 레지스트와 음성(negative) 포토 레지스트가 존재하지만, 여기에서는 설명의 편의상 음성 포토 레지스트를 사용한 경우에 대하여 설명한다.

자외선이 조사됨에 따라 자외선이 조사된 영역의 포토 레지스트는 그 화학적 구조가 변하게 되어, 현상액을 작용하면 자외선이 조사되지 않은 영역의 포토레지스트가 제거되어 포토 레지스트 패턴이 형성된다.

이어, 상기 포토 레지스트 패턴으로 금속층의 일부를 블로킹(blocking)한 상태에서 상기 결과물을 현상액에 담그고, 하드 베이킹(hard baking) 공정을 진행한 후에, 포토 레지스트 패턴 하부를 제외한 나머지 부분의 금속을 식각하여 금속 패턴을 형성한다.

이어, 스트리퍼(stripper)를 사용하여 상기 포토 레지스트 패턴을 제거하면, 기판 위에는 금속 패턴만이 남게 된다.

상기에서 금속 대신에 반도체층이나 절연층 기타 다른 도전층을 식각할 수도 있다.

상기와 같은 종래 기술에 따른 포토 레지스트를 이용하여 미세 패턴을 형성하는 방법에는 다음과 같은 문제가 있다.

첫째, 제조공정이 복잡하게 된다. 상술한 바와 같이, 포토 레지스트 패턴은 포토 레지스트를 도포하는 공정, 소프트 베이킹 및 하드 베이킹 하는 공정, 노광 및 현상하는 공정을 거쳐야 한다. 따라서, 제조공정이 복잡하게 된다. 더욱이, 포토 레지스트를 베이킹하기 위해서는 특정 온도에서 실행되는 소프트 베이킹 공정과 상기 소프트 베이킹 온도보다 높은 온도에서 실행되는 하드 베이킹 공정을 거쳐야만 하기 때문에, 공정이 더욱 복잡하게 된다.

둘째, 제조비용이 상승한다. 통상적으로 복수개의 패턴(혹은 전극)으로 이루어진 전기소자공정에서는 하나의 패턴을 형성하기 위해 포토 레지스트 공정이 진행되고, 다른 패턴을 형성하기 위해 또 다른 포토 레지스트 공정이 진행되어야만 한다. 이것은 제조라인에서 각 패턴 라인 사이마다 고가의 포토 레지스트 공정라인이 필요하다는 것을 의미한다. 따라서, 전기소자의 제작시 제조비용이 상승하게 된다.

셋째, 환경을 오염시킨다. 일반적으로 포토 레지스트의 도포는 스핀코팅에 의해 이루어지기 때문에, 도포시 폐기되는 포토 레지스트가 많게 된다. 이러한 포토 레지스트의 폐기는 전기소자의 제조비용을 증가시키는 요인이 될 뿐만 아니라 폐기되는 포토레지스트에 의해 환경이 오염되는 원인도 되는 것이다.

넷째, 전기제품에 불량이 발생한다. 스핀코팅에 의한 포토 레지스트층의 형성은 정확한 층의 두께를 제어하기가 힘들다. 따라서, 포토 레지스트층이 불균일하게 형성되어 패턴형성시 패턴의 표면에는 미제거된(non-stripped) 포토 레지스트가 잔류하게 되며, 이것은 전기소자에 불량이 발생하는 원인이 된다.

이하에서는, 상술한 포토 리쏘그래피의 문제점을 개선하기 위해 포토 리쏘그래피에 의한 패터닝 방법을 대체하여 소프트 몰드를 이용한 패터닝 방법에 대하여 설명한다.

먼저, 소프트 몰드의 표면에 소정의 형상을 음각 또는 양각하기 위한 원판(master)을 준비한다.

상기 원판은 예를 들어, 실리콘 기판과 같은 절연기판 상에 질화 실리콘(Si3N4) 또는 산화 실리콘(SiO2)과 같은 절연물질을 증착하여 선행층을 형성한 후, 포토리소그라피(photo-lithography)공정을 거쳐 상기 선행층을 원하는 형상으로 패턴하는 공정을 진행한다.

이때, 상기 절연기판 상부의 패턴은 질화 실리콘(Si3N4) 또는 산화 실리콘(SiO2)외에 금속(metal) 또는 포토레지스트(photo-resist) 또는 왁스(wax)를 사용하여 형성할 수 있다. 전술한 바와 같은 공정을 통해 원판(master)을 형성한다.

상기와 같이 원판이 완성되면, 원판의 상부에 프리 폴리머(pre-polymer)층을 형성한다.

연속하여, 상기 프리-폴리머층을 경화하는 공정을 진행한다.

다음으로, 경화 공정이 완료된 상태의 폴리머층을 소프트 몰드(soft mold)라 하고, 상기 소프트 몰드를 원판으로부터 떼어내는 공정을 진행하여 비로소, 표면에 소정의 형상이 양각(陽刻) 또는 음각(陰刻)된 소프트 몰드를 제작할 수 있다.

이러한 소프트 몰드(soft mold)는 마이크로 단위의 미세한 패턴(소프트 몰드의 음각 또는 양각에 따라 형성된 패턴)을 형성하는데 사용되는데 예를 들면, 액정표시장치에 포함되는 컬러필터 기판에 컬러필터를 형성하거나, 유기전계 발광소자에서 전극을 형성하는데 사용할 수 있다.

상기 소프트 몰드는(soft mold) 탄성 중합체를 경화하여 제작할 수 있으며, 이러한 탄성 중합체로는 대표적으로 PDMS(polydimethylsiloxane)가 널리 사용되고 있다.

상기 PDMS 이외에도 폴리우레탄(polyurethane), 폴리이미드(polyimides)등을 사용할 수 있다.

상기와 같은 소프트 몰드는 소프트 리소그래피(Soft lithography), 소프트 몰딩(soft molding), 캐필러리 폴스 리소그래피(capillary force lithography)와 인-플랜 프린팅(in-plane printing)용 등 다양한 분야에 적용되고 있다.

이러한 패턴 형성방법을 진행한 후, 기판과 소프트 몰드간의 분리가 필요한데, 국부 면적을 순차적으로 떼는 방식과 전면 동시에 분리하는 방식이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 표시 장치의 패턴 형성 후, 몰드를 분리하는 방법을 설명하면 다음과 같다.

도 1a 및 도 1b는 종래의 표시 장치의 제조에 있어서, 몰드와 기판의 분리 방법을 나타낸 공정 단면도이다.

도 1a와 같이, 종래의 표시 장치의 제조시, 패턴(25)을 몰드(10)의 표면의 형상을 이용하여 기판(20) 상에 형성 후, 상기 패턴(25)은 경화 과정을 거쳐 그 형상이 유지되며, 다음 공정을 위해 상기 패턴(25)을 포함한 기판(20)은 몰드(10)로부터 이격되어야 한다. 여기서, 상기 경화된 패턴(25)과 상기 기판(20)을 포함하여 패턴 일체화 기판(30)이라고 하며, 이러한 패턴 일체화 기판(30)은 상기 몰드(10)를 분리해내는 과정에서, 경화되어 형성된 패턴(25)과 기판(20)이 분리되지 않고 그 형상을 일정하게 유지하여야 한다.

도 1a에 도시된 도면은, 상기 패턴 일체화 기판(30)과 몰드(10)를 분리하는 방식 중, 상대적으로 몰드(10)의 크기가 클 경우일 때를 나타낸 것으로, 상기 기판(20)을 스테이지(40)에 장착 후, 상기 몰드(10)의 가장자리를 지지대(45)에 걸어준 후, 상기 스테이지(40)를 도 1b와 같이 하측으로 하강시키는 것으로, 상기 기판(20)의 배면 가장자리에서부터 스테이지(40)의 진공척(미도시)을 통해 진공력을 가함에 의해 상기 패턴 일체화 기판(30)과 몰드(10a)를 분리시킨다.

이 경우, 상기 패턴 일체화 기판(30)과 상기 몰드(10a)의 분리는 그 가장자리에서부터 순차적으로 분리되는 것으로, 이는 상기 기판(20)과 몰드(10a)와의 크기 차와, 스테이지(40)에 진공척이 선택적으로 가장자리에 위치하였기 때문이다.

이 경우, 몰드(10a)는 상기 기판(20)으로부터 분리하기 위해 하측으로 하강하는 강한 힘이 걸려 있기에 그 형상의 변형이 일어나는 상태를 도시한 것이다.

도 2a 및 도 2b는 종래의 표시 장치의 제조에 있어서, 다른 방식의 몰드와 기판의 분리 방법을 나타낸 공정 단면도이다.

예를 들어, 상기 기판(20)과 몰드(10)의 사이즈가 동일한 경우는, 도 2a와 같이, 각각 기판(20)과 몰드(10)를 각각 제 1 진공 스테이지(40), 제 2 진공 스테이지(50)에 장착되도록 하고, 이러한 제 1 진공 스테이지(40)와 제 2 진공 스테이지(50)가 각각 기판(20)과 몰드(10)를 잡은 상태로 대향된 상태에서 서로 멀어지는 방향, 즉, 각각 하방향과 상방향으로 이동시켜, 패턴 일체화 기판(30)과 상기 몰드(10)와의 동시 분리를 수행할 수 있다.

그러나, 상술한 바와 같이, 제 1, 제 2 진공 스테이지(40, 50)의 진공 흡착력만으로는 몰드(10)와 패턴 일체화 기판(30)의 완전한 분리가 어렵고, 또한, 이와 같이, 기구적으로 분리해내는 방식은 상기 몰드(10)에 상당한 스트레스가 가해져, 몰드(10)에 회복할 수 없는 변형이나 파손이 발생할 수 있다.

종래의 몰드와 기판의 분리 방식의 몰드에 가해지는 요구되는 힘을 측정해보면 다음과 같다.

도 3은 종래의 몰드의 기판의 분리를 일점에서 시작하는 방식을 도시한 공정 단면도이다.

도 3과 같이, 종래의 몰드(10)와 패턴 일체화 기판(30)의 분리방식에 있어서, 몰드(10)의 일점을 용수철 저울을 이용해 고정시킨 후, 상기 용수철 저울의 중량힘을 늘리며, 분리(demolding) 여부를 테스트하였을 때, 약 6kgf 이상에서도 분리가 어려웠고, 이에 따라, 더 큰 힘이 요구되는데, 이 경우에는 패턴 일체화 기 판(30)과 진공 스테이지(40) 또는 몰드(10)와 진공 척의 진공 파괴가 일어나 몰드로부터 기판 분리(demolding)가 불가한 경우가 다발한 문제점이 있었다. 이런 경우, 무리한 힘이 가해 상기 패턴 일체화 기판(30)과 몰드(10)를 분리시, 상기 몰드(10)에 회복할 수 없는 변형이나 패턴(25)측이 뜯어지며 분리가 일어나는 등 몰드(10)나 기판(20)에 형성된 패턴(25)에 손상이 발생한다.

여기서, 상기 패턴 일체화 기판(30)은 기판(20) 상에 패턴(25)이 형성되어 있는 상태이다.

상기와 같은 종래의 표시 장치의 패턴 형성 방법은 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 소프트 몰드와 같이, 그 표면에 패턴을 정의하는 막을 갖는 몰드를 이용하여 기판 상에 패턴을 형성 후에는, 상기 몰드를 기판으로부터 분리시키는 과정이 요구된다. 그런데, 실제, 패턴 형성 공정에서 상기 몰드와 기판은 직접 레진(resin)층을 사이에 두어 접착한 상태에서 상기 몰드의 표면에 정의된 상으로 레진을 패턴으로 형성하는 것으로, 몰드와 패턴을 갖는 기판간 강한 접착력이 걸리기에, 분리시 발생되는 정전기가 크게 발생하며, 또한 특정 부위를 물리력만을 가해 몰드를 기판으로부터 떼어낼 때 몰드나 기판 표면에 형성된 패턴에 손상이 발생된다. 이로 인해 기판으로부터 몰드의 분리가 어렵다.

둘째, 이러한 점을 방지하기 위해 몰드와 레진층간의 접착력을 의도적으로 감소시키면, 상기 몰드와 기판의 레진층간의 콘택불량이 일어나 패턴 형성의 불량이 발생할 가능성이 있다.

셋째, 패턴 형성 과정에서 스테이지에 장착된 기판과 몰드를 수직으로 들어올릴 때, 기판과 몰드간 강한 접착력만큼 이를 분리하기 위한 흡착 패드의 진공 흡착력이 크지 못하여, 흡착 패드가 몰드를 지지하는 백 플레인 글래스(backplane glass)를 강하게 잡아주지 못하고, 디몰딩(demolding) 과정에서 흡착 패드와 몰드간 인력이 풀려 떨어져 버린다. 이런 경우 디몰딩이 완료되지 못한다.

넷째, 몰드를 기판으로부터 분리하는 과정에서 발생하는 정전기만큼 추가적인 디몰딩력(demolding force)가 더 요구되는 것으로, 실질적으로 몰드를 기판으로부터 수직으로 들어올리는 힘이 몰드의 하중보다 매우 크게 걸려야 분리가 가능하며, 분리 가능한 힘을 주어 몰드를 분리시, 몰드에 회복할 수 없는 변형을 유발하기 쉽다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 몰드를 이용하여 기판 상에 패터닝을 진행 후, 상기 몰드로부터 기판을 분리시 발생되는 데미지를 방지한 표시 장치의 패턴 형성 방법 및 이를 위한 패턴 형성 장비를 제공하는 데, 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 표시 장치의 패턴 형성 방법은, 기판 상에 패턴물질층을 도포한 후, 표면에 패턴 정의막을 갖는 몰드를 대응시켜 기판 상에 패턴을 형성하는 단계;와, 상기 기판의 일 코너에 대응되는 지점에서, 상기 패턴을 포함한 기판과 상기 몰드 사이에 고압의 가스를 분사하여, 상기 몰드와 기판 사이에 내측에서 외측으로 밀어내는 분리 씨드 포인트를 형성하는 단계; 및 상기 분리 씨드 포인트가 형성된 측의 몰드의 배면을 잡아당겨 상기 몰드와 기판을 분리하는 단계를 포함하여 이루어진 것에 특징이 있다.

상기 고압의 가스 분사는, 에어 건을 상기 기판의 일 코너에 대응되는 지점에서, 상기 기판의 수평면에 대해 30~40°기울인 상태에서, 상기 몰드와 기판 사이로 불어넣어 이루어진다. 이 때, 상기 에어 건은 상기 기판의 일 코너에서부터 수 평 거리로 20mm 이내에 위치한 것이 바람직하다.

또한, 상기 기판의 일 코너에 대척되는 다른 코너에 에어 건을 추가로 대응시켜 추가된 에어건을 이용해 상기 몰드와 기판 사이에 가스의 분사를 더 진행할 수 있다. 이 경우, 상기 기판의 일코너에와 상기 일코너에 대척되는 다른 코너에서 동시에 해당 에어건을 통해 가스의 분사를 진행한다.

또한, 상기 분사되는 고압의 가스는 질소 또는 공기일 수 있다.

또한, 상기 분리 씨드 포인트는, 상기 기판의 일 코너로부터 300~700mm의 직경으로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 고압의 가스 분사 전 상기 몰드의 배면을 흡착하는 흡착 패드를 대응시키는 단계를 더 포함하며, 상기 몰드를 잡아당기는 공정은, 상기 흡착 패드를 상측으로 들어올리며, 상기 기판과 몰드 사이에 전단 스트레스(shear stress)가 가하여 이루어질 수 있다.

한편, 상기 몰드를 대응시켜 기판 상에 패턴을 형성하는 단계 후 상기 패턴을 경화하는 단계를 더 포함한다.

또한, 동일한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 표시 장치의 패턴 형성 장비는, 기판을 장착한 스테이지;와, 기판 상에 대응되며, 표면에 패턴 정의막을 갖는 몰드;와, 상기 기판의 수평면에 대해 30~40°의 각으로 기울어져, 상기 기판과 상기 몰드 사이에 고압의 가스를 분사하는 에어건; 및 상기 에어건에 의해 상기 기판과 상기 몰드 사이에 형성된 전단 스트레스(shear stress)를 인가하도록 상기 몰드의 배면을 흡착하며 비틀어 잡아 당기는 흡착 패드를 포함하여 이루어진 것에 또 다른 특징이 있다.

상기와 같은 본 발명의 표시 장치의 패턴 형성 방법 및 이를 위한 패턴 형성 장비는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 몰드를 이용하여 기판에 패턴을 형성한 후, 기판으로부터 몰드를 분리시 가스를 기판과 몰드 사이에 불어넣어 주어, 분리 씨드 포인트를 형성하여, 흡착패드로 몰드로 잡아당길 때, 디몰딩 힘(demolding force)을 낮출 수 있다.

둘째, 분리 씨드 포인트를 형성하기 위해 가스 분사와 함께, 전단 스트레스(shear stress:기판과 몰드간 서로 비틀리는 방향으로 힘을 가하는 것)를 가하며 흡착 패드로 몰드를 잡아당겨 분리씨드 포인트의 형성을 보다 활성화할 수 있다.

셋째, 기판으로부터 몰드를 분리시, 가스 분사에 의해 초기 분리 씨드 포인트를 미리 형성하여 두어, 강한 힘으로 몰드를 들어오지 않게 되어, 강한 물리력 인가로 유발되는 몰드나 패턴에 손상이 발생되는 불량을 방지하며, 이로 인한 몰드 파손을 저감할 수 있다.

넷째, 물리력 인가만이 아니라 가스 분사로 미리 분리 씨드 포인트가 형성되어, 내측에서 외측으로 밀어내는 힘을 촉발하여, 기판으로부터 몰드를 분리하는 디몰딩 공정에서 소요되는 시간을 줄일 수 있다.

다섯째, 상술한 바와 같이, 물리력 감소 및 디몰딩 공정 시간의 감소와 함께, 불량률을 낮추어 전체적인 공정 비용을 감소시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 표시 장치의 패턴 형성 방법 및 이를 위한 패턴 형성 장비를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 표시 장치의 패턴 형성 방법에 있어서, 몰드와 기판의 분리 방식을 도시한 공정 단면도이다.

먼저, 본 발명의 표시 장치의 패턴 형성시 이용되는 패턴 형성 장비는, 도 4a와 같이, 패턴(310)을 포함하는 기판(300)을 장착한 스테이지(100)와, 기판(300) 상에 대응되며, 상기 패턴(310)에 대응되는 패턴 정의막(미도시)을 그 표면에 갖는 몰드(200)와, 상기 기판(300)의 수평면에 대해 30~40°의 각으로 기울어져, 상기 기판과 상기 몰드 사이에 고압의 가스를 분사하는 에어건(도 5 및 도 6의 410 참조)과, 상기 에어건(410)에 의해 상기 몰드의 배면을 흡착하여 잡아 당기는 흡착 패드(420)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 상기 에어건(410)에 의해 고압 가스 분사와 함께, 상기 흡착 패드(420)에 의한 전단 스트레스(shear stress: 몰드와 기판 사이의 비틀리는 힘) 인가로 상기 기판(300)과 상기 몰드(200)의 코너 부위에 대응되어 분리 씨드 포인트(seed point)가 형성된다.

이러한 패턴 형성 장비는, 공기 분사할 수 있는 에어 건(410)을 장착하여 디몰딩(demolding: 기판으로부터 몰드 분리)시 몰드 에지부 근접 위치에서 고압의 공기를 분사하여 분리 씨드 포인트를 형성 하면서 상당량의 디몰딩이 진행되었을 시점에서 상기 흡착 패드(420)로 몰드를 분리해는 장치이다. 이 때, 고압 분사시 분사되는 가스는 압축된 청정 건조 공기(CDA:Compressed Clean Dry Air)를 이용하였 으며, 공기 압축기를 통해 분사되며, 고압의 정도는 최대 9Kgf/cm²까지 압축되어 있는 고압 가스를 이용한다.

본 발명의 패턴 형성 방법의 디몰딩(demolding)시에는 안전하게 기판(300)과 몰드(200)간 분리를 위해, 고압 가스 분사와 함께, 상기 흡착 패드(420)로 기판(300)과 몰드(200)간 비틀리는 방향으로 힘이 인가되는 전단 스트레스를 인가하여 분리 씨드 포인트를 조성하는 것이다. 이 경우, 고압 가수 분사 또는 전단 스트레스의 인가 둘 중의 하나의 조건만 가해도 분리 씨드 포인트의 형성이 가능하나, 디몰딩시 충분한 분리가 이루어지기 위해 두 가지 조건을 함께 이용한다.

이러한 상기 패턴 형성 장비를 이용한, 본 발명의 표시 장치의 패턴 형성 방법은, 먼저, 도 4a와 기판(300) 상에 패턴물질층을 도포한 후, 표면에 패턴 정의막(미도시)을 갖는 몰드(200)를 대응시켜 기판(300) 상에 패턴(310)을 형성한다. 이어, 형성된 패턴(310)을 자외선 조사 등에 의해 경화시킨다.

이러한 패턴 형성 공정을 거치며, 상기 몰드(200)와 상기 패턴(310)을 기판(300)간 상당한 접착력이 조성되며, 이하에서는 상기 기판(300)으로부터 몰드(200)를 손상없이 분리시키는 과정에 대해 살펴본다.

이어, 상기 몰드(200)의 일코너에 대응되는 지점의, 배면측에 흡착 패드(420)를 대응시켜 상기 몰드(200)의 배면을 흡착시킨다.

이어, 도 4b와 같이, 상기 패턴(310)을 포함한 기판(300)과 상기 몰드(200) 사이에 고압의 가스를 분사하며, 상기 흡착 패드(420)를 이용하여 상기 흡착된 몰드(200)를 기판(300)과는 비틀려지는 방향으로 잡아당기며(전단 스트레스 인가), 상기 몰드(200)와 상기 기판(300) 상의 패턴(310) 사이에 내측에서 외측으로 밀어내는 분리 씨드 포인트(seed point)를 형성한다. 이와 같이, 전단 스트레스(shear stress: 기판과 몰드간 비틀리는 힘)를 주어, 상기 몰드(200)가 기판(300)상의 패턴(310)으로부터 잘 분리가 되게 한다.

여기서, 상기 패턴(310)은 레진으로 이루어지는 것으로, 상기 몰드(200)와는 이형 특성(예를 들어, 패턴(310)이 친수성이면, 몰드는 소수성)을 가지며, 상기 기판(300)과는 접착 특성을 갖는 것으로, 이하의 분리 과정에서, 상기 몰드(200)측으로 떼어지지 않고, 상기 기판(300) 상에 남아있는 것이다.

여기서, 상기 분사되는 가스는, 예를 들어, 공기(air)나 질소(N2) 가스일 수 있으며, 이러한 가스의 분사는, 상기 기판(300) 또는 몰드(200)의 일 코너에서 에어 건(air gun)(도 5, 6의 410 참조)을 기판(300)의 수평면에 대해 30~40°(θ) 기울인 상태에서, 상기 몰드(200)와 패턴(310)이 형성된 기판(300) 사이로 불어넣어 이루어진다. 이 때, 상기 에어 건은 상기 기판(300)의 일코너에서 수평 거리로 20mm 이내에 위치한 것이 분리 씨드 포인트를 형성하는데 바람직하다.

이 때, 분사되는 가스는 고압 가스로, 압축된 청정 건조 공기(CDA:Compressed Clean Dry Air)를 이용하였으며, 공기 압축기를 통해 분사되며, 고압의 정도는 최대 9Kgf/cm²까지 압축되어 있다.

가스의 분사 직후, 상기 몰드(200)와 상기 기판(300) 상의 패턴(310) 사이는 약간 들뜨게 되며, 이 부분이 분리 씨드 포인트가 되며, 이 공간이 상기 기판(300)의 일코너에서 직경으로 약 300~700mm을 그리며 형성된다. 실험상 상기 분리 씨드 포인트가 300~700mm의 정도만 형성되더라도, 이후 흡착 패드에 의해 수직 방향으로 힘을 인가시 충분히 디몰딩이 가능하였다.

상기 분리 씨드 포인트가 형성된 측의 몰드의 배면을 상기 흡착 패드(420)를 이용하여 잡아당겨 도 4c와 같이, 상기 몰드(200)와 기판(300)을 분리한다. 여기서, 상기 흡착 패드(420)는 분리 씨드 포인트 형성 후에 대응될 수도 있다. 이 때, 도시된 화살표와 같이, 상기 흡착 패드(420)를 이용해 상기 몰드(200)를 위로 들어올릴 때, 흡착패드(420)에 의해 가해지는 순수한 수직 방향과 함께, 상기 분리 씨드 포인트에 의해 수평 방향에서 몰드(200)와 기판(300)이 비틀리는 힘이 발생하여, 상기 몰드(200)를 약한 힘으로 들어올려도 충분히 분리가 가능하게 된다. 이 때, 상기 흡착 패드(420)가 상측으로 들어올리는 중량힘은 2kgf 이하인 것으로, 종래 디몰딩시 요구되는 최소의 힘인 6kgf보다 1/3 이하로 줄어들었다.

또한, 상기 고압의 공기 분사로 인해, 기판(300)의 패턴(310)과 몰드(200) 사이에 정전기 발생이 최소화되며, 발생된 정전기 또한, 공기 분사시 감소한다. 이에 따라 필요되는 힘의 감소로 디몰딩(demolding: 기판으로부터 몰드를 분리) 시간과 소용되는 디몰딩력(demolding force)을 줄일 수 있다.

이상에서는 몰드측에 흡착패드를 대응시켜 기판으로부터 분리하는 방식에 대 해 설명하였으나, 경우에 따라 몰드를 스테이지에 고정시킨 후, 기판을 들어올리는 방식도 고려해볼 수 있다.

그러나, 물성을 고려할 때, 상대적으로 변형력이 크게 가해지는 측인 상부에는 몰드를 대응시키는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 글래스 성분의 기판(300)이 휨력이 약하고 일정힘 이상 가해지면 꺽어지거나 깨지는 특성이 소프트 몰드 성분의 몰드(200)에 비해 클 수 있기에, 흡착 패드(420)에 대응되는 측은 몰드(200)로 하는 것이 보다 바람직할 것이다.

또한, 상기 기판의 일 코너에 대척되는 다른 코너에 에어 건을 추가로 대응시켜 추가된 에어건을 이용해 상기 몰드와 기판 사이에 가스의 분사를 더 진행할 수 있으며, 이 때, 상기 기판의 일코너와 상기 일코너에 대척되는 다른 코너에서 동시에 해당 에어건을 통해 가스의 분사를 진행할 수 있다. 이는 이하의 실시예에서 구체적으로 설명한다.

도 5는 본 발명의 표시 장치의 패턴 형성 방법에 있어서, 다른 실시예에 따른 몰드와 기판의 분리 방식을 도시한 공정 단면도이다.

도 5는 본 발명의 표시 장치의 패턴 형성 방법의 다른 실시예를 나타낸 것으로, 기판(300)을 스테이지(100)에 장착 후, 그 양측에 지지대(400)를 세운 후, 상기 지지대(400)에 에어건(410)을 설치한 후, 상기 에어건(410)의 분사 방향이 상기 기판(300) 상의 패턴(310)과 몰드(200) 사이에 대응되도록 하여 이루어진다.

즉, 앞서 설명한 실시예에 비해 상기 에어건(410)을 기판(300)에 대해 양방향으로 위치시킨 것이다. 편의상 상기 에어건(410)의 방향이 수평 방향인 것으로 도시되었지만, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 에어건(410)은 기판(300)의 수평면으로부터 약 30~40°로 기울어져 분사가 이루어진다. 이 때, 상기 에어건(410)을 통한 가스 분사와 함께, 상기 흡착 패드(420)로 상기 몰드(200)를 패턴(310)을 갖는 기판(300)으로부터 비틀리는 방향으로 전단 스트레스를 주어 분리 씨드 포인트가 각 코너에서 잘 형성되게 한다.

또한, 도시된 바처럼 기판(300)의 양측에 대응시, 기판(300)의 일코너와 그 대척점에 대응되는 다른 코너에 위치시켜 각각 분리 씨드 포인트는 대각선 방향의 양끝에서 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 코너를 제외한 일변보다는 코너측에 에어건을 위치시키는 것이 분리 씨드 포인트를 보다 넓은 영역에 형성할 수 있기 때문이다.

도 5에 도시된 양측에 에어건을 위치시키는 것은 기판(300)이 대형 사이즈일 때, 적용하는 것이 바람직하다. 경우에 따라, 기판(300) 또는 몰드(200)의 네변에 각각 에어건 및 흡착 패드를 대응시켜 디몰딩(demolding) 공정을 진행할 수도 있다.

도 6은 도 4a 및 도 4b에서 몰드와 기판의 분리 장치와 에어 건의 위치를 도시한 단면도이다.

도 6과 같이, 에어건(410)은 기판(300)의 수평면으로부터 약 30~40°기울어져 기판(300) 상의 패턴(310)과 몰드(200) 사이에 고압 공기를 분사시킨다. 이 때, 상기 에어건(410)과 상기 기판(300)의 일코너와 이격 간격은 0mm~20mm 이내로 하는 것이 바람직하다. 20mm 보다 넘는 이격 간격을 가질 때, 분리 씨드 포인트가, 흡착 패드의 디몰딩 힘을 원하는 값 이하로 작게 할 정도로, 충분한 크기로 형성되지 않아 상기 기판(300)의 일코너와 상기 에어건(410)의 이격 간격은 20mm 이내로 유지한다.

도 7은 본 발명의 몰드와 기판의 분리시 고압 에어 분사 분리 결과를 나타낸 사진이다.

도 7과 같이, 본 발명의 몰드와 기판의 분리시 에어건(410)은 기판(300)의 일코너에 대응시켰으며, 상기 기판(300)은 스테이지(100) 상에 위치한다. 이 때, 상기 에어건(410) 분사에 의한 분리 씨드 포인트는 a라는 직경을 갖는 부채꼴과 유사한 형상을 그리며 조성된다.

즉, 몰드와 기판이 접착된 상태에서, 에어 건(air gun)을 이용하면서 가스를 분사하여 간이 평가를 진행한 결과 상당 면적이 공기 분사(에어 블로윙:air blowing)만으로 디몰딩이 되는 것을 확인할 수 있었다.

이 경우, 분리 씨드 포인트가 형성된 부분이 상기 흡착 패드(420)를 수직 방향으로 잡아당길 때, 분리력을 촉발시켜(내측에서 외측으로 밀어내는 힘을 줌) 기판(300)과 몰드(200)간의 디몰딩이 작은 힘으로 가능하다.

이와 같이, 상술한 본 발명의 표시 장치의 패턴 형성 방법은, 합착된 몰드와 기판 사이에 고압의 공기 분사에 의해 미리 분리 씨드 포인트를 형성시 공기 분사(air blowing) 하여 몰드와 기판을 분리하는 방식을 나타낸다. 이 때, 몰드와 기 판 사이의 패턴(레진으로 이루어짐)은 몰드와 이형 특성을 갖고 있으며, 기판과는 접착 특성을 갖고 있기 때문에, 몰드와 기판 상의 패턴 사이로 가스가 들어가게 되고, 고압의 가스는 몰드와 기판을 내부에서부터 외부로 밀어내면서 분리되게 한다.

또한, 상기 고압 가스 분사로 분리 과정에서 일어나는 정전기 발생이 최소화하며, 발생한 정전기가 감소하는 경향을 보고, 디몰딩 공정하는 시간을 줄일 수 있다.

그리고, 상술한 기판으로부터 몰드를 분리하는 디몰딩(demolding) 공정은, 평판 표시 장치나 반도체 소자 등의 마이크로 단위의 미세한 패턴(소프트 몰드의 음각 또는 양각에 따라 형성된 패턴)을 형성 후 이루어질 수 있으며, 예를 들면, 액정표시장치에 포함되는 컬러필터 기판에 블랙 매트릭스층, 컬러필터층 혹은 칼럼 스페이서 등을 형성하거나, 유기전계 발광소자에서 전극과 같이, 각종 평판 표시 장치의 패턴이나 반도체 소자의 패턴을 형성하는데 사용할 수 있다.

한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

도 1a 및 도 1b는 종래의 표시 장치의 제조에 있어서, 몰드와 기판의 분리 방법을 나타낸 공정 단면도

도 2a 및 도 2b는 종래의 표시 장치의 제조에 있어서, 다른 방식의 몰드와 기판의 분리 방법을 나타낸 공정 단면도

도 3은 종래의 몰드의 기판의 분리를 일점에서 시작하는 방식을 도시한 공정 단면도

도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 표시 장치의 패턴 형성 방법에 있어서, 몰드와 기판의 분리 방식을 도시한 공정 단면도

도 5는 본 발명의 표시 장치의 패턴 형성 방법에 있어서, 다른 실시예에 따른 몰드와 기판의 분리 방식을 도시한 공정 단면도

도 6은 도 4a 및 도 4b에서 몰드와 기판의 분리 장치와 에어 건의 위치를 도시한 단면도

도 7은 본 발명의 몰드와 기판의 분리시 고압 에어 분사 분리 결과를 나타낸 사진

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100: 스테이지 200: 몰드

300: 기판 310: 패턴층

400: 지지대 410: 에어건

420: 흡착 패드

Claims (10)

1. 기판 상에 패턴물질층을 도포한 후, 표면에 패턴 정의막을 갖는 몰드를 대응시켜 기판 상에 패턴을 형성하는 단계;

   상기 패턴을 자외선 조사하여 경화하는 단계;

   상기 기판의 일 코너에 대응되는 지점에서, 흡착 패드로 상기 몰드의 배면을 흡착한 후, 상기 패턴을 포함한 기판과 상기 몰드 사이에 고압의 가스를 분사하여, 상기 몰드와 기판 사이에 내측에서 외측으로 밀어내는 분리 씨드 포인트를 형성하는 단계; 및

   상기 분리 씨드 포인트가 형성된 측의 몰드의 배면을, 상기 흡착 패드를 통해 상측으로 들어올려 잡아당기며, 상기 기판과 몰드 사이에 전단 스트레스(shear stress)를 가한 상태로, 상기 몰드와 기판을 분리하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 표시 장치의 패턴 형성 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 고압의 가스 분사는, 에어 건을 상기 기판의 일 코너에 대응되는 지점에서, 상기 기판의 수평면에 대해 30~40°기울인 상태에서, 상기 몰드와 기판 사이로 불어넣어 이루어지는 것을 특징으로 하는 표시 장치의 패턴 형성 방법.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 에어 건은 상기 기판의 일 코너에서부터 수평 거리로 20mm 이내에 위치한 것을 특징으로 하는 표시 장치의 패턴 형성 방법.
4. 제 2항에 있어서,

   상기 기판의 일 코너에 대척되는 다른 코너에 에어 건을 추가로 대응시켜 추가된 에어건을 이용해 상기 몰드와 기판 사이에 가스의 분사를 더 진행하는 것을 특징으로 하는 표시 장치의 패턴 형성 방법.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 기판의 일코너에와 상기 일코너에 대척되는 다른 코너에서 동시에 해당 에어건을 통해 가스의 분사를 진행하는 것을 특징으로 하는 표시 장치의 패턴 형성 방법.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 가스는 질소 또는 공기인 것을 특징으로 하는 표시 장치의 패턴 형성 방법.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 분리 씨드 포인트는, 상기 기판의 일 코너로부터 300~700mm의 직경으로 형성되는 것을 특징으로 하는 표시 장치의 패턴 형성 방법.
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