KR101674499B1 - 복합 가공 방법을 이용한 섀도우 마스크의 제조방법 및 이에 의해 제조된 섀도우 마스크 - Google Patents

복합 가공 방법을 이용한 섀도우 마스크의 제조방법 및 이에 의해 제조된 섀도우 마스크 Download PDF

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Abstract

본 발명은 메탈 섀도우 마스크를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 마스크패턴이 형성된 섀도우 마스크의 제조방법에 있어서, 베이스 상측에서 습식에칭을 수행하여 습식에칭패턴을 형성하는 습식에칭단계와, 상기 습식에칭패턴이 형성된 베이스 상측 또는 하측에서 레이저가공을 수행하여, 상기 습식에칭패턴에 연속하는 레이저가공패턴을 형성하는 레이저가공단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합 가공 방법을 이용한 섀도우 마스크의 제조방법 및 그에 의해 제조된 섀도우 마스크를 기술적 요지로 한다. 이에 의해 습식에칭 및 레이저가공을 복합적으로 이용함으로써, 기존의 레이저가공 공정으로 인한 생산성 저하의 문제를 해결하고, 습식에칭에 의한 고품질의 섀도우 마스크를 제공할 수 있는 효과가 있다.

Description

복합 가공 방법을 이용한 섀도우 마스크의 제조방법 및 이에 의해 제조된 섀도우 마스크{Manufacturing method of shadow mask using hybrid processing}
본 발명은 메탈 섀도우 마스크를 제조하는 방법 및 섀도우 마스크에 관한 것으로서, 습식에칭에 의한 방법과 레이저가공방법을 복합적으로 이용하여 습식에칭패턴 및 레이저가공패턴으로 이루어진 마스크패턴이 구현된 복합 가공 방법을 이용한 섀도우 마스크의 제조방법 및 이에 의해 제조된 섀도우 마스크에 관한 것이다.
일반적으로 유기EL이나 유기 반도체 소자 등의 제조시에, 진공 증착 공정 등에 메탈 마스크를 사용한다.
이러한 메탈 마스크는 다수의 원형 홀이나 테이퍼진 형태의 3차원 홀 구조를 가지는 것으로서, 기판에 마스크를 정렬시키고, 원하는 패턴의 발광층을 기판 상의 특정 영역에 증착하여, 유기EL과 같은 반도체 소자를 제조하는 것이다.
종래의 메탈 마스크의 제조방법으로는 미국 특허 US5348825호, US5552662호 등에서 기술되고 있는 화학적 습식 에칭에 의한 섀도우 마스크의 제조 방식이 있고, 이 방법에 의해 현재 산업 현장에서 적용되는 섀도우 마스크가 제작되고 있다.
상기 종래기술에 의한 방법을 도 1을 참조하여 간략히 설명하면 다음과 같다.
1. Resist coated: 메탈 필름(1)의 양면에 포토레지스트(2)를 코팅한다.
2. Pattern coated: 글래스 마스크(또는 Quartz 마스크)(3)의 패턴을 이용하여 포토레지스트(2) 층에 선택적으로 노광을 수행한다.
3. Developed: 포토레지스트(2) 상에 상기 글래스 마스크(또는 Quartz 마스크)(3)의 패턴이 전사되면, 이후 이를 형성하기 위해 사용된 글래스 마스크(3)를 제거하고, 현상공정(development)을 이용하여 선택적으로 포토레지스트를 제거한다.
4. 1st etched: 이후, 패턴이 형성된 포토레지스트 상면에 습식 에칭(wet etching)공정을 이용하여 포토레지스트가 제거된 부분(포토레지스트 개구부)에 에칭액에 의해 메탈 필름의 일부를 제거한다.
5. Filled: 습식 에칭에 의해 메탈 필름의 일부가 제거된 상면에 anti-etching packing 재료로 충진한다. 상기 anti-etching packing 재료의 충진은 하면에 대한 에칭수행 시에, 1st etching에 의해 형성된 메탈 필름 상면의 형상을 보존하기 위한 것이다.
6. 2nd etched: 메탈 필름(1) 하면에 대한 에칭을 수행한다.
7. Removed: anti-etching packing 재료 및 포토레지스트를 제거하면, 최종적으로 메탈 섀도우 마스크가 제조되게 된다.
상기의 공정은 습식 에칭에 의한 메탈 섀도우 마스크를 제조하는 대표적인 절차를 나열하고 있으며, 이 절차를 기반으로 여러가지 변형된 프로세스들이 개발되어 적용되고 있다. 예를 들면, "5. Filled" 공정이 생략되기도 하고, 또는 양면을 동시에 에칭하기도 한다. 그러나, 보편적으로는 도 1에서 기술되고 있는 화학적 습식 에칭 공정을 통해 메탈 마스크가 만들어진다는 점을 비슷하다.
일반적으로 습식 에칭은 도 2와 같이 등방성을 갖는 특징이 있다. 즉, 포토레지스트의 개구부로부터 에칭액(etchant)은 모든 방향에 대해 동일한 강도로 작용하며 메탈 재료를 제거하기 때문에, 에칭 후 남겨진 메탈 재료의 단면 형상은 도 3에 도시한 바와 같이 반원 형태로 형성된다. 따라서 최종적으로 형성된 메탈 마스크는 두께가 매우 얇은 개구부 주변(붉은색 표시부위 참조)을 포함하게 된다.
이와 같이, 개구부 주변의 얇은 두께는 개구부의 크기와 형태를 정밀하고 안정적으로 확보하는 데에 불리한 요소로 작용한다.
이러한 이유로 일반적인 메탈 마스크는 메탈 필름으로부터 한쪽 면(상면 혹은 하면)에 대해서만 습식에칭을 수행하지 않고 도 3과 같이 양면에 대한 에칭을 모두 수행하게 된다. 양면에 대한 습식에칭은 종래발명 US5348825, US5552662 등에서 기술되고 있는 여러 가지 방식으로 수행된다.
이러한 방식들은 상면에 대한 에칭에 의해 구성된 면과 하면에 대한 에칭에 의해 구성된 면이 만나는 교차선(단면도에서는 교차점)을 형성한다. 또한 어느 한쪽 면에 대한 에칭을 약한 강도로 수행함으로써 크기가 작은 테이퍼형태(도 3의 32)가 포함된 메탈 마스크를 구현할 수 있도록 한다. 이러한 테이퍼 형태는 개구부의 치수 및 형상 안정성을 확보할 수 있도록 한다. 이런 이유들로 인해 습식 에칭 방식의 선행연구에서는 언더컷의 높이(도 3에서 t)를 총 두께(T)의 30~40%로 청구하고 있다.
그러나, 이러한 테이퍼 형태는 습식 에칭의 등방적 성질에 의해 형성되었기 때문에 결과적으로 언더컷(under-cut)의 형태로만 형성될 수 밖에 없게 된다.
이는, 이로부터 만들어진 메탈 마스크를 이용하여 디스플레이 장치의 기판 위에 유기발광 물질을 증착하는 과정에서 그 한계점을 드러내는데, 메탈 마스크의 개구부를 통하여 유기발광 물질이 증착되는 과정에서, 이러한 언더컷(under-cut)은 유기발광 물질이 기판에 균질하게 증착되지 못하게 하는 작용을 한다.
즉, 언더컷(under-cut)에 대응되는 기판의 위치에서 유기발광 물질의 점진적인 증착을 초래하게 되어, 증착된 유기발광 물질의 경계부를 불명확하게 하여, 결과적으로 이 과정을 통해 제조되는 디스플레이 장치의 성능 저하를 초래하게 되는 것이다.
한편, 현재 300ppi수준까지는 습식 에칭에 의해 가능한 것으로 알려져 있다. 그러나, QHD(약 500ppi 수준) 또는 그 이상의 UHD(약 800ppi) 이상의 해상도를 구현하기 위해서는 습식 에칭 방식 만으로는 구현이 어렵다.
도 4는 습식 에칭이 갖는 등방성의 형상에 대해 설명하고자 하는 것으로서, 각 형상 인자(factor)(A, B, D, E, T, pitch, 그리고 Etch factor)들 간의 상관 관계에 대해 식 (1),(2),(3)에서 설명하고 있다.
도 4는 단지 이러한 형상 인자들의 관계식을 통해, 습식 에칭 방식이 고해상도를 구현하는데에 한계가 있다는 점을 설명하기 위함이므로 굳이 양면 에칭에 대한 도면으로는 도시하지 않았다.
일반적으로 고해상도로 갈수록, 도 4에서 더 작은 값의 pitch가 요구되고, 그에 따라 width(B)의 값도 점점 더 작아질 수 밖에 없다. 식(3)에 의하면 width(B)의 값이 작아지기 위해서는, 더 작은 값의 PR width(A) 또는 depth(D)가 요구된다.
그러나, PR width(A)는 무한히 작은 값으로 할 수 없다. 왜냐하면 아주 작은 PR width의 값은 일반적으로 노광 공정에 의해 형성되는 특징으로 인해 구현의 한계가 있을뿐더러, 설사 구현되었다 하더라도 에칭 성능을 저하시키는 요인으로 작용하기 때문이다.
depth(D) 값 또한 작은 값으로 설정하는 데에 한계를 갖는다. 왜냐하면 양면 에칭 방식을 상정하더라도 depth(D)를 작은 값으로 가져갈수록 도 3을 참고하면 언더컷의 크기가 커져 유기발광 물질이 기판에 균질하게 증착되지 못하게 하는 요인이 된다. 그렇다고 메탈 마스크의 두께(T)를 작게 하는 것도 메탈 쉬트(metal sheet)의 핸들링(handling)의 측면에서 한계가 있다.
또한, 습식 에칭만으로 고해상도의 구현이 어려운 또 다른 측면의 이유는 미세구조물의 평면도 형상에서 찾을 수 있다.
습식 에칭이 갖는 등방성은 단면형상에서뿐만 아니라 평면도에서도 그 특징이 나타나는데, 도 5에서 보는 바와 같이 가공된 실제 형상이 3D 상에서는 그릇 형상이기 때문에 평면도 상에서 네 모서리가 샤프(sharp)하게 각이 지지않고 라운드(round) 형상을 갖는다. 이런 특징은, 모서리가 샤프(sharp)한 사각형 또는 다각형 증착 영역이 요구되는 디스플레이 응용, 특히 QHD 또는 UHD와 같이 고해상도의 요구에 대응하기에 어려움을 겪게 하는 요인이 된다.
따라서, 기존의 습식 에칭 방식 만으로는 상기와 같은 형상 인자들의 상관 관계 및 한계로 인해 QHD(약 500ppi 수준) 또는 그 이상의 UHD(약 800ppi) 이상의 해상도를 구현하기에는 어려움이 있다.
한편, 최근에는 초단 펄스 레이저를 이용한 메탈 섀도우 마스크의 제조가 시도되고 있는데, 대표적인 기술로는 아울러, 최근에는 초단 펄스 레이저에 의한 메탈 섀도우 마스크의 제조가 시도되고 있는데, 대표적인 기술로는 10-2013-0037482와 10-2015-0029414 등이 있고, 본 출원인도 그와 관련된 발명을 출원(출원번호 (10-2014-0182140, 10-2015-0036810)한 바가 있다.
레이저에 의한 메탈 섀도우 마스크의 기본적인 공정을 도 6에 기술하고 있는 바와 같이,
1. 마스크 홀의 형상에 대응하게 마련된 제1폐곡선을 따라 레이저빔을 이송시키면서 기판에 레이저빔을 조사하는 제1조사단계와,
2. 상기 제1폐곡선의 내부에 배치되며 상기 제1폐곡선보다 내부 면적이 작은 제2폐곡선을 따라 레이저빔을 이송시키면서 기판에 레이저빔을 조사하는 제2조사단계로 구성되어, 레이저를 이용하여 마스크를 제조하는 것이다. 또한,
3. 기판상에서 마스크 홀이 형성된 위치에 제1에너지를 가진 레이저빔을 조사하는 제1조사단계와, 상기 제1에너지보다 작은 제2에너지를 가진 레이저빔을 상기 제1조사단계에서 레이저빔이 조사된 동일한 위치에 조사하는 제2조사단계로 이루어진 것이다.
이러한 레이저를 이용한 메탈 마스크의 제조방법은, 가공되는 메탈 마스크의 정밀도를 높이기 위해, 주로 초단 펄스 레이저를 이용하여 낮은 강도(intensity) 조건으로 여러 펄스를 누적하여 metal 재료의 점진적 제거 혹은 가공을 수행하는 것이다.
이러한 방법의 가장 큰 장점은, 특정 광학계를 구성하거나 그와 함께 레이저의 세기나 펄스의 모듈레이션에 변화 등을 줌으로써 메탈 재료에 조사되는 레이저의 강도 또는 에너지 분포를 특정할 수 있다는 점이다.
예를 들어 특정한 에너지 분포를 갖도록 광학계를 구성하고 레이저 및 기판의 상대 운동을 제어하여 언더컷 등이 포함되지 않는 적절한 테이퍼와 같은 형상의 메탈 마스크를 제조할 수 있게 된다(도 7 참조).
그러나, 이러한 방식에서 가장 큰 한계로 인식되고 있는 점은 실제 산업현장에서 사용할 수 있을 정도의 생산성을 확보하는데 어려움이 있다는 점이다.
즉, 레이저를 이용한 가공 방식은, 레이저부터 펄스의 연속(pulse train)으로 지속적으로 에너지를 메탈 재료에 인가하여 재료의 표면에서부터 점진적 메탈의 제거를 유도하여 가공이 이루어지는데, 이때 높은 에너지의 펄스를 인가하게 되면 가공속도(제거되는 재료의 량)는 증가되지만, 메탈 재료는 충분히 열을 방출하지 못하고 누적됨으로써 가공품질은 저하되는 결과를 초래한다. 결국 좋은 가공품질을 확보하기 위해서는 가공에 필요한 최소한의 에너지로 여러 샷(shot)에 걸쳐 아주 조금씩 가공하는 방식이 취해져야 하는데, 이는 충분한 생산성을 확보하기 어렵게 만드는 요인으로 작용한다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 습식에칭에 의한 방법과 레이저가공방법을 복합적으로 이용하여 레이저가공패턴 및 습식에칭패턴으로 이루어진 마스크패턴이 구현된 복합 가공 방법을 이용한 섀도우 마스크의 제조방법 및 이에 의해 제조된 섀도우 마스크의 제공을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 마스크패턴이 형성된 섀도우 마스크의 제조방법에 있어서, 베이스 상측에서 습식에칭을 수행하여 습식에칭패턴을 형성하는 습식에칭단계와, 상기 습식에칭패턴이 형성된 베이스 상측 또는 하측에서 레이저가공을 수행하여, 상기 습식에칭패턴에 연속하는 레이저가공패턴을 형성하는 레이저가공단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합 가공 방법을 이용한 섀도우 마스크의 제조방법 및 그에 의해 제조된 섀도우 마스크를 기술적 요지로 한다.
또한, 상기 레이저가공단계는, 상기 베이스 상측에 제조하고자 하는 섀도우 마스크의 마스크패턴에 대응하는 마스킹패턴이 마련된 마스킹부를 형성하여, 상기 마스킹부 상측에서 레이저빔을 조사하는 것이 바람직하다.
여기에서, 상기 마스킹부는, 복수 개로 마련되며, 각 마스킹부에는 서로 다른 폭을 가지는 마스킹 패턴이 형성되고, 상기 마스킹부 상측에서 레이저빔을 조사하는 과정은, 상기 복수의 마스킹부 각각을 이용하여 상기 마스킹부 상측에서 레이저빔을 조사하는 복수 번의 레이저빔 조사 과정을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 복수의 마스킹부 각각을 이용하여 상기 레이저빔을 조사하는 과정에 있어서, 상기 복수 번의 레이저빔 조사 단계 중, 마지막 레이저빔 조사 단계로 갈수록 폭이 좁은 개구 형태의 마스킹 패턴을 가지는 마스킹부를 이용하여 레이저빔을 조사하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 마스킹부는, 상기 베이스 상측에 포토리소그래피 공정에 의한 포토레지스트로 이루어진 마스킹 패턴이 형성되고, 상기 마스킹부 상측에서 레이저빔을 조사하는 과정은, 상기 마스킹부의 마스킹 패턴에 있어서 포토레지스트가 제거된 부위에 레이저빔을 조사하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 마스킹부는 서로 다른 폭을 가지며, 상기 레이저빔을 서로 다른 각도로 위상 쉬프트시킬 수 있는 복수의 마스킹 패턴을 가지는 위상 쉬프터 마스크(PSM)이며, 상기 마스킹부 상측에서 레이저빔을 조사하는 과정에 있어서, 상기 위상 쉬프트 마스크(PSM) 형태인 상기 마스킹부 상측에서 레이저빔을 조사하여, 상기 레이저빔을 각각에서 위상 쉬프트가 가능한 상기 각 마스킹 패턴을 거치도록 상기 베이스 상에 조사하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 마스킹부는 레이저빔이 투과 가능한 바디와, 각각이 상기 바디 상에서 폭 방향으로 이격되도록 형성된 복수의 차광막과, 복수의 차광막 사이의 이격 공간이면서 레이저빔이 투과가 가능한 복수의 투과 영역을 포함하는 슬릿(Slit) 형태의 마스킹 패턴이 형성되며, 외각 방향에서 바디의 중심 방향으로 갈수록 차광막의 폭이 얇아지도록 형성되고, 외각 방향에서 바디의 중심 방향으로 갈수록 투과 영역의 폭이 넓어지도록 형성되며, 상기 마스킹부 상측에서 레이저빔을 조사하는 과정에 있어서, 상기 슬릿(Slit) 마스크 형태인 상기 마스킹부 상측에서 레이저빔을 조사하여, 상대적으로 폭이 넓은 투과 영역의 하측에 대응하는 베이스 영역에 조사된 레이저빔의 강도가, 상대적으로 폭이 좁은 투과 영역의 하측에 대응하는 베이스 영역에 조사된 레이저빔의 강도에 비해 세도록 조사하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 레이저가공단계는, 상기 베이스 상에 단위 가공영역을 설정하는 제1단계와, 레이저빔이 상기 단위 가공영역의 한 경계에서 시작하여, 1번째 스캔경로(scan path)를 따라 이동해가며, 상기 단위 가공영역의 다른 쪽 경계에 도달할 때까지, 상기 단위 가공영역 내에 포함되는 레이저가공패턴에 대한 가공이 이루어지는 제2단계와, 상기 레이저빔을 다음 스텝(step)으로 방향을 전환하고, 스텝피치(step pitch)만큼 이동시켜 2번째 스캔경로로 이동시키는 제3단계 및 상기 제2단계 및 제3단계를 반복수행하여 n번째 스캔경로를 따라 레이저빔의 이동이 완료되면 단위 가공영역 전체에 대한 가공이 이루어지는 제4단계를 포함하는 것이 바람직하다.
여기에서, 상기 복합 가공 방법을 이용한 섀도우 마스크의 제조방법은, 각 스캔경로에 대응하여 가공깊이를 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 단위 가공영역에 포함된 레이저가공패턴 영역 상에 다수개의 에너지 영역을 설정하여, 에너지 영역별로 에너지 누적 분포를 순차적인 강도로 설정하여 가공깊이를 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 레이저가공에 의한 레이저가공패턴은, 상기 베이스 상의 가공면으로부터 내경이 좁아지게 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 습식에칭단계는, 상기 베이스 상측에 상기 습식에칭패턴 형성을 위한 포토레지스트 패턴을 형성하고, 포토레지스트가 제거된 부위를 따라 상기 베이스의 습식에칭이 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 레이저가공단계는, 상기 습식에칭 방향과 동일한 방향 또는 반대방향으로 수행하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 레이저가공에 의한 레이저가공패턴은, 상기 습식에칭 방향과 동일한 방향 또는 반대 방향으로 가공되어 상기 습식에칭패턴에 연속적으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 레이저가공에 의한 레이저가공패턴의 두께는, 상기 베이스 전체 두께에 대해 40% 이하로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명은 섀도우 마스크를 제조함에 있어서, 습식에칭 및 레이저가공을 복합적으로 이용함으로써, 기존의 레이저가공 공정으로 인한 생산성 저하의 문제를 해결하고, 습식에칭에 의한 고품질의 섀도우 마스크를 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 습식에칭을 통해 이미 메탈 마스크의 대략적인 형상이 구성되기 때문에, 이후 레이저에 의한 추가 가공을 수행함에 있어서 제거해야 할 메탈 재료의 제거량이 매우 적으며, 이에 의해 레이저 펄스의 횟수를 줄일 수 있게 되고, 이로 인해 기존의 방식(메탈 마스크 전체를 레이저에 의해 가공하는 방식)에 비해 열누적 영향을 현저히 줄일 수 있어, 고품질의 섀도우 마스크를 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 습식에칭 및 레이저가공으로 구현되는 복합적인 가공방법에 의해, 기존의 습식에칭의 등방적 성질에 의한 언더컷(under-cut)의 문제를 해결하여, 기판 상에 증착되는 유기발광 물질의 점진적인 증착을 방지하여, 증착된 유기발광 물질의 경계부를 명확히 함으로써, 디스플레이 장치의 성능을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 습식에칭 및 레이저가공으로 구현되는 복합적인 가공방법에 의해, 기존의 습식에칭 방식에 의한 마스크패턴 형성을 위한 형상 인자들의 한계에 제한되지 않으므로, QHD(약 500ppi 수준) 또는 그 이상의 UHD(약 800ppi) 이상의 고해상도를 구현할 수 있는 효과가 있다.
도 1 - 종래의 화학적 습식에칭에 의한 섀도우 마스크 제조방법에 대한 모식도.
도 2 - 종래의 습식에칭에 의해 제조된 섀도우 마스크에 대한 모식도.
도 3 - 종래의 양면 습식에칭에 의해 제조된 섀도우 마스크에 대한 모식도.
도 4 - 종래의 습식 에칭이 갖는 등방성의 형상에 대해 설명한 도(각 형상 인자(factor)(A, B, D, E, T, pitch, 그리고 Etch factor)들 간의 상관 관계에 대해 식 (1),(2),(3)에서 설명)
도 5 - 종래의 습식 에칭이 갖는 섀도우 마스크의 등방성을 평면도에 나타낸 도.
도 6 - 종래의 레이저가공에 의한 섀도우 마스크 제조방법에 대한 모식도.
도 7 - 종래의 레이저가공에 의해 형성된 섀도우 마스크에 대한 사진을 나타낸 도.
도 8 - 본 발명의 일실시예에 따른 섀도우 마스크의 제조방법에 대한 모식도.
도 9 - 본 발명의 다른 실시예에 따른 섀도우 마스크의 제조방법에 대한 모식도.
도 10 내지 도 15 - 본 발명의 다양한 실시예에 따른 레이저가공 방법에 대한 모식도.
도 16 내지 도 22 - 본 발명이 다양한 실시예에 따른 레이저가공 방법에 대한 모식도.
본 발명은 유기EL이나 유기 반도체 소자 등의 제조 시에 진공 증착 공정에서 사용될 수 있는 메탈 섀도우 마스크를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 습식에칭에 의한 방법과 레이저가공방법을 복합적으로 이용하여 레이저가공패턴 및 습식에칭패턴으로 이루어진 마스크패턴이 구현된 섀도우 마스크의 제조방법에 관한 것이다.
이에 의해, 기존의 레이저가공 공정으로 인한 생산성 저하의 문제를 해결할 수 있으며, 습식에칭 공정을 복합적으로 병행함으로써 고품질의 섀도우 마스크를 제공할 수 있도록 하는 것이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하고자 한다. 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 섀도우 마스크의 제조방법에 대한 모식도이고, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 섀도우 마스크의 제조방법에 대한 모식도이며, 도 10 내지 도 22는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 레이저가공 방법에 대한 모식도이다.
도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 복합 가공 방법을 이용한 섀도우 마스크의 제조방법은, 마스크패턴이 형성된 섀도우 마스크의 제조방법에 있어서, 베이스(110) 상측에서 습식에칭을 수행하여 습식에칭패턴(120)을 형성하는 습식에칭단계와, 상기 습식에칭패턴(120)이 형성된 베이스 상측 또는 하측에서 레이저가공을 수행하여, 상기 습식에칭패턴(120)에 연속하는 레이저가공패턴(130)을 형성하는 레이저가공단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명은, 습식에칭패턴(120) 및 레이저가공패턴(130)으로 구현된 마스크패턴이 형성된 섀도우 마스크를 제조하고자 하는 것이다.
여기에서, 상기 섀도우 마스크에 형성된 복수의 마스크패턴은 증착 피처리물인 기판 상에 증착하고자 하는 박막 패턴과 대응하는 형상이며, 마스크패턴은 증착 원료가 통과하는 영역이고, 상기 베이스의 영역 중 복수의 마스크패턴이 형성된 영역을 제외한 영역은 증착 원료가 통과하지 않는 차단 영역이다.
즉, 상기 섀도우 마스크는 원료가 통과하지 못하도록 차단하는 영역인 차단 영역과, 차단 영역 상에서 상호 이격 형성되며, 원료가 통과 가능한 복수의 마스크패턴으로 이루어지며, 상술한 바와 같이, 복수의 마스크패턴이 배치된 형상 또는 배치 구조가 섀도우 마스크의 패턴이다.
본 발명은 이러한 마스크패턴을 갖는 섀도우 마스크를 제조하기 위한 것으로서, 습식에칭에 의한 방법과 레이저가공방법을 복합적으로 이용하여 습식에칭에 의한 습식에칭패턴과 레이저가공에 의한 레이저가공패턴으로 이루어진 마스크패턴이 구현된 섀도우 마스크를 제조하고자 하는 것이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 방법으로 섀도우 마스크를 제조하는 방법을 나타낸 도면으로, 상기 베이스(110) 상측(베이스 상면)에서 습식에칭을 수행하여, 상기 베이스(110)에 습식에칭패턴(120)을 형성하고, 상기 습식에칭패턴(120)이 형성된 베이스(110) 상측(베이스 상면)에서 레이저빔(L)을 조사하여, 상기 베이스(110)에 상기 습식에칭패턴(120)에 연속적인 레이저가공패턴(130)을 형성하는 것이다.
즉, 이러한 습식에칭에 의한 방법은 보다 고해상도의 메탈 마스크를 구현하기 위해 베이스의 양면에 대한 습식에칭을 수행하지 않고, 도 8과 같이 한 면에 대한 에칭을 수행한 이후에, 동일한 방향으로 섀도우 마스크 개구부의 정밀한 형성을 위해 레이저를 이용한 가공을 개구부에 대해 추가적으로 수행하는 것이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 방법으로 섀도우 마스크를 제조하는 방법을 나타낸 도면으로, 상기 베이스(110) 상측(베이스 상면)에서 습식에칭을 수행하여, 상기 베이스(110)에 습식에칭패턴(120)을 형성하고, 상기 습식에칭패턴(120)이 형성된 베이스(110) 하측(베이스 하면)에서 레이저빔(L)을 조사하여, 상기 베이스(110)에 상기 습식에칭패턴(120)에 연속적인 레이저가공패턴(130)을 형성하는 것이다.
즉, 상기 베이스의 한 면에 대한 에칭을 수행한 이후에, 다른 쪽 면에 대해서는 레이저를 이용한 가공을 개구부에 대해 추가적으로 수행하여, 개구부의 치수 및 형상 안정성을 확보할 수 있게 할 수 있다.
이때 인가되는 레이저의 에너지 분포의 형태를 적절한 광학계를 이용하여 flat-top 형태에 가깝게 구현함으로써 언더컷 형태를 최소화할 수 있고, 이로써 유기발광물질이 증착되는 과정에서 기판에 가능한 균질하게 증착되게 할 수 있다. 이 방법에서의 장점은 레이저에 의한 가공을 수행할 때 포토레지스트의 코팅되어 있지 않는 면에 대해 가공을 수행할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 베이스 양면에 대해 모두 습식에칭을 수행하는 경우에는, 이러한 양면 에칭을 통해 태생적으로 형성될 수 밖에 없는 언더컷 형상을 레이저를 이용하여 국부적으로 제거함과 동시에 정밀한 개구부의 형성이 가능하게 된다.
이러한 방식에 있어서의 장점은, 우선 습식에칭을 통해 이미 메탈 마스크의 대략적인 형상이 구성되기 때문에, 이후 레이저에 의한 추가 가공을 수행함에 있어서 제거해야 할 메탈 재료의 제거량이 매우 적다는 것이다.
이는 메탈 재료에 인가되는 레이저 펄스의 횟수를 줄일 수 있게 되고, 이로 인해 기존의 방식(메탈 마스크 전체를 레이저에 의해 가공하는 방식)에 비해 열누적 영향이 현저히 줄어드는 장점이 있게 된다.
결과적으로 정밀한 개구부가 포함된 미세구조물들로 이루어진 메탈 마스크를 제조할 수 있게 되는 것이다.
본 발명에 따른 습식에칭단계는, 상기 베이스(110) 상측에 상기 습식에칭패턴(120) 형성을 위한 포토레지스트 패턴을 형성하고, 포토레지스트가 제거된 부위를 따라 상기 베이스(110)의 습식에칭을 진행하여 습식에칭패턴(120)을 형성한다.
후술할 레이저가공패턴(130)은 도 8에 도시된 바와 같이, 습식에칭 방향과 동일한 방향으로 가공되어 상기 습식에칭패턴(120)에 연속적으로 형성되거나, 도 9에 도시된 바와 같이, 습식에칭 방향과 반대 방향으로 가공되어 상기 습식에칭패턴(120)에 연속적으로 형성될 수 있다.
이 경우, 상기 레이저가공에 의한 레이저가공패턴(130)의 두께(t)는, 상기 베이스(110) 전체 두께에 대해 40% 이하로 형성되어도 무방하며, 이러한 형태는 섀도우 마스크의 개구부의 치수 및 형상 안정성을 확보할 수 있도록 하기 위함이다.
이와 같이, 상기 레이저가공단계는 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 습식에칭 방향과 동일한 방향으로 진행되거나(베이스 상면->베이스 상면), 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 습식에칭 방향과 반대 방향으로 진행(베이스 상면->베이스 하면)되는 것과 같이, 필요에 따라 습식에칭 방법 후에 레이저가공에 의한 레이저가공패턴(130)을 형성한다.
본 발명에서는 도 10 내지 도 15, 도 16 내지 도 22에 도시한 바와 같이, 여러 가지 레이저가공 방법에 대해 실시예를 제시하고 있으며, 특히 레이저가공패턴(120)이 상기 베이스 상의 가공면으로부터 내경이 좁아져 테이퍼지게 형성된 경우에 적절한 방법을 제시하고 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 레이저가공단계는, 상기 베이스 상측에 제조하고자 하는 섀도우 마스크의 마스크패턴에 대응하는 마스킹패턴이 마련된 마스킹부(200)를 형성하여, 상기 마스킹부 (200) 상측에서 레이저빔을 조사하여 수행하게 된다.
도 10은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 레이저가공에 의한 레이저가공패턴(120)을 형성하기 위한 것으로, 복수의 마스킹부(230, 240, 250)를 설명하기 위한 도면이다.
상기 마스킹부(230, 240, 250)는, 복수 개로 마련되며, 각 마스킹부(230, 240, 250)에는 서로 다른 폭을 가지는 마스킹 패턴이 형성되고, 상기 마스킹부(230, 240, 250) 상측에서 레이저빔(L)을 조사하는 과정은, 상기 복수의 마스킹부(230, 240, 250) 각각을 이용하여 상기 마스킹부(230, 240, 250) 상측에서 레이저빔(L)을 조사하는 복수 번의 레이저빔(L) 조사 과정을 포함하게 되며, 상기 복수의 마스킹부(230, 240, 250) 각각을 이용하여 상기 레이저빔(L)을 조사하는 과정에 있어서, 상기 복수 번의 레이저빔(L) 조사 단계 중, 마지막 레이저빔(L) 조사 단계로 갈수록 폭이 좁은 개구 형태의 마스킹 패턴을 가지는 마스킹부(230, 240, 250)를 이용하여 레이저빔을 조사하게 되는 것이다.
즉, 제 1 실시예에 따른 섀도우 마스크의 제조 방법을 위한 섀도우 마스크의 마스킹 패턴은 마스킹부(230, 240, 250)를 상하 방향으로 관통하는 개구(231a, 231b, 231c) 형태이다. 즉, 제1실시예에서는 각각에 레이저빔(L)이 통과하는 개구(231a, 231b, 231c)를 가지고, 개구(231a, 213b, 231c)의 크기가 서로 상이한 복수의 마스킹부(230a, 230b, 230c)를 이용하여 레이저빔(L)을 투과시켜 베이스(110)를 가공함으로써, 경사를 가지는 레이저가공패턴(120)이 마련된 섀도우 마스크를 제조한다.
먼저, 도 11을 참조하여, 복수의 마스킹부(230a, 230b, 230c)에 대해 설명한다. 마스킹부(230a, 230b, 230c)는 예컨대, 3개로 마련되며, 이하에서는 제 1 마스킹부(230a), 제 2 마스킹부(230b) 및 제 3 마스킹부(230c)로 설명한다.
여기서 제 1 마스킹부(230a)는 가장 먼저 레이저빔(L) 조사를 위해 사용되는 것으로, 3개의 마스킹부 중 개구(이하 제 1 개구(231a))의 면적이 가장 크다. 제 2 마스킹부(230b)는 제 1 마스킹부(230a) 다음으로 사용되는 것으로, 제 1 마스킹부(230a)의 제 1 개구(231a)에 비해 작은 면적의 개구(이하, 제 2 개구)를 가진다.
또한, 제 3 마스킹부(230c)는 마지막으로 사용되는 것으로, 제 2 마스킹부(230b)의 제 2 개구(231b)에 비해 작은 면적의 개구(이하, 제 3 개구(231c))를 가진다. 그리고 제 1 내지 제 3 마스킹부(230a, 230b, 230c) 각각에 마련된 제 1 내지 제 3 개구(231a, 231b, 231c)는 동심축을 가지도록 마련된다.
또한, 제 1 내지 제 3 개구(231a, 231b, 231c)의 면적은 회절광학부(220)를 통과하는 레이저빔(L)의 면적에 비해 작다. 이때 레이저빔(L)은 항상 동일한 면적으로 조사될 수 있는데, 그 면적이 제 1 개구(231a)에 비해 크다.
이에, 레이저빔(L)의 면적은 제 1 내지 제 3 개구(231a, 231b, 231c)의 면적에 비해 크다. 따라서, 회절광학부로부터 조사되는 레이저빔(L) 중, 제 1 내지 제 3 개구(231a, 231b, 231c)를 통과하는 레이저빔(L)은 줌렌즈부 및 프로젝션부를 통과하여 베이스(110) 상에 조사되고, 상기 제 1 내지 제 3 개구(231a, 231b, 231c) 외측 영역을 향하는 레이저빔(L)은 그 이동이 차폐 또는 차광되어 베이스(110)로 조사되지 못한다. 여기에서 필요에 의해 섀도우 마스크 상에 형성되는 마스크패턴의 크기에 따라 상기 줌렌즈부를 이루는 렌즈들 사이의 간격을 조절하여 레이저빔 간의 간격 및 패턴을 조절하여 베이스에 조사할 수 있다.
상기에서는 3개의 마스킹부(230a, 230b, 230c)를 사용하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 2개 또는 4개 이상의 마스킹부를 사용할 수도 있다.
또한, 제 1 내지 제 3 마스킹부(230a, 230b, 230c)는 크롬(Cr) 계 물질로 이루어지나, 이에 한정되지 않고, 레이저빔(L)의 차폐 또는 차광이 가능한 다양한 재료의 적용이 가능하다.
이하에서는, 레이저가공에 의한 레이저가공패턴(120)의 제 1 실시예에 따른 섀도우 마스크의 제조방법에 대해 더욱 구체적으로 설명하고자 한다.
먼저, 베이스(110)를 마련하여 스테이지 상에 안착시킨다. 여기서 실시예에 따른 베이스(110)는 금속 예컨대 인바(invar) 합금으로 이루어진 플레이트 형상이다.
그리고, 회절광학부를 통과한 레이저빔이 마스킹부를 통과한 후 줌렌즈부 및 프로젝션부를 통과하여 베이스(110) 상측에 도달하도록 한다. 여기에서, 마스크패턴의 크기 및 형태에 따라 상기 줌렌즈부를 이루는 렌즈들의 간격을 조절하여 맞춘다. 이어서, 상기 빔공급부를 동작시켜 레이저빔(L)을 출력하면, 상기 레이저빔(L)이 제 1 마스킹부(230a)의 제 1 개구(231a)를 통과하여 줌렌즈부 및 프로젝션부를 통과하여 베이스(110) 상에 조사된다.
이때, 회절광학부로부터 제 1 마스킹부(230a)로 조사되는 레이저빔(L)의 면적은 제 1 개구(231a)의 면적에 비해 넓게 형성되어, 상기 마스킹부를 통과하게 되면 엣지 샤프닝(edge sharpening)이 구현되어, 미세 레이저 패터닝이 가능하도록 한 것이다. 이에, 회절광학부로부터 제 1 마스킹부(230a)를 향해 조사되는 레이저빔(L) 중, 제 1 개구(231a)를 통과하는 레이저빔(L) 만이 베이스(110) 상에 조사되고, 상기 제 1 개구(231a) 이외의 영역의 위치로 조사되는 레이저빔(L)은 차폐된다.
다른 말로 하면, 회절광학부로부터 조사된 레이저빔(L)의 면적은 제 1 마스킹부(230a)의 제 1 개구(231a)에 비해 넓으나, 제 1 마스킹부(230a)에 의해 제 1 개구(231a)와 대응하는 면적으로 조절된 레이저빔(L)이 베이스(110) 상에 조사된다(도 10a 참조). 레이저빔(L)이 제 1 개구(231a)와 대응하는 면적으로 베이스(110) 상에 소정 시간 동안 조사되면, 레이저빔(L)의 조사된 베이스(110) 영역에서 결합 구조가 끊어지는 등의 반응 현상에 의해, 상기 레이저빔(L)이 조사된 베이스(110) 영역이 소정 깊이로 제거된다.
따라서, 도 10b에 도시된 바와 같이, 소정 깊이를 가지는 홈(이하, 제 1 홈(121))이 발생된다.
제 1 마스킹부(230a)에 의해 베이스(110)에 제 1 홈(121)이 마련되면, 제 1 마스킹부(230a)는 베이스(110)의 외측으로 이동시키고, 상기 베이스(110)의 상측에 제 2 마스킹부(230b)를 배치시킨다.
이때, 베이스(110)에 마련된 제 1 홈(121)의 중심과 제 2 마스킹부(230b)의 제 2 개구(231b)의 중심이 동심축이 되도록 상기 제 2 마스킹부(230b)의 위치를 조절한다.
이후, 레이저빔(L)을 출력하면, 도 10b에 도시된 바와 같이, 상기 레이저빔(L)이 제 2 마스킹부(230b)의 제 2 개구(231b)를 통과하여 베이스(110) 상에 조사된다. 이때, 회절광학부(220)로부터 제 2 마스킹부(230b)로 조사되는 레이저빔(L)의 면적은 제 2 개구(231b)의 면적에 비해 넓다.
이에, 회절광학부(220)를 통과하여 제 2 마스킹부(230b)를 향해 조사되는 레이저빔(L) 중, 제 2 개구(231b)를 통과하는 레이저빔(L) 만이 베이스(110) 상에 조사되고, 상기 제 2 개구(231b) 이외에의 영역의 위치로 조사되는 레이저빔(L)은 차폐된다.
즉, 레이저빔(L)은 제 2 마스킹부(230b)에 의해 제 2 개구(231b)와 대응하는 면적으로 조절되어 조사된다(도 10b 참조). 그리고 제 2 개구(231b)를 통과하여 조사되는 레이저빔(L)은 제 1 홈(121)을 향해 조사되며, 그 면적이 제 1 홈(121)의 바닥면에 비해 작다.
이러한 레이저빔(L)이 제 1 홈(121)의 바닥면을 향해 소정 시간 동안 조사되면, 레이저빔(L)의 조사된 베이스 영역에서 결합 구조가 끊어지는 등의 반응 현상에 의해 소정 깊이로 제거됨에 따라 도 10c와 같이 제 1 홈(121) 하측에 제 2 홈(122)이 발생된다.
그리고, 제 2 마스킹부(230b)에 의해 베이스(110)에 제 2 홈(122)이 마련되면, 제 2 마스킹부(230b)는 외측으로 이동시키고, 회절광학부(220)와 줌렌즈부(260) 사이에 제 3 마스킹부(230c)를 배치시킨다.
이때, 베이스(110)에 마련된 제 2 홈(122)의 중심과 제 3 마스킹부(230c)의 제 3 개구(231c)의 중심이 동심축이 되도록 상기 제 3 마스킹부(230c)의 위치를 조절하거나, 줌렌즈부 및 프로젝션부를 이용하여 레이저빔의 위치를 조절한다. 이후, 빔공급부를 동작시켜 레이저빔(L)을 출력하면, 도 10c에 도시된 바와 같이, 상기 레이저빔(L)이 제 3 마스킹부(230c)의 제 3 개구(231c)를 통과하여 줌렌즈부 및 프로젝션부를 통과하여 베이스(110) 상에 조사된다.
이때, 제 3 마스킹부(230c)로 조사되는 레이저빔(L)의 면적은 제 3 개구(231c)의 면적에 비해 넓다. 이에, 제 3 마스킹부(230c)를 향해 조사되는 레이저빔(L) 중, 제 3 개구(231c)를 통과하는 레이저빔(L) 만이 베이스(110) 상에 조사되고, 상기 제 3 개구(231c) 이외의 영역의 위치로 조사되는 레이저빔(L)은 차폐된다.
즉, 레이저빔(L)은 제 3 마스킹부(230c)에 의해 제 3 개구(231c)와 대응하는 면적으로 조절되어 조사된다(도 10c 참조). 그리고 제 3 개구(231c)를 통과하여 조사되는 레이저빔(L)은 제 2 홈(122)을 향해 조사되며, 그 면적이 제 2 홈(122)의 바닥면에 비해 작다.
이러한 레이저빔(L)이 제 2 홈(122)의 바닥면을 향해 소정 시간 동안 조사되면, 레이저빔(L)의 조사된 베이스(110) 영역에서 결합 구조가 끊어지는 등의 반응 현상에 의해 소정 깊이로 제거됨에 따라 도 10d와 같이 제 2 홈(122) 하측에 제 3 홈(123)을 형성하는데, 이때 베이스(110)의 하부까지 개방되도록 한다.
따라서, 제 3 마스킹부(230c)를 이용한 레이저 가공 공정에 의해 제 2 홈(122) 하측에 제 3 홈(123)이 마련되어, 최종적으로 도 10d에 도시된 바와 같이, 베이스(110)를 상하 방향으로 관통하는 레이저가공패턴(120)이 마련되며, 그 레이저가공패턴(120)은 하측으로 갈수록 직경 또는 내경이 점차 좁아지는 형상으로 제조된다.
그리고 제 1 내지 제 3 마스킹부(230a, 230b, 230c) 각각에는 복수의 개구가 마련되어 있으며, 회절광학부를 통과하여 분기된 레이저빔이 1:1 대응되어 마스킹부의 마스킹 패턴을 통과하게 되므로, 분기된 레이저빔이 베이스(110)에 동시에 도달하게 하여 복수의 레이저가공패턴(120)이 마련되도록 한다. 또한, 베이스(110)의 면적이 큰 경우, 스테이지를 이용하여 베이스(110)를 이동시키면서, 베이스(110) 전체에 대해 복수의 레이저가공패턴(120)을 형성하여 섀도우 마스크를 제조할 수도 있다.
도 12는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 레이저가공방법으로 레이저가공패턴(120)을 형성하는 방법을 순서적으로 나타낸 도면이다. 도 13은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 방법에 의해 섀도우 마스크를 제조하기 위해 마련된 마스킹부를 설명하기 위한 도면이다.
제 2 실시예에 따른 섀도우 마스크의 제조 방법은 위상 쉬프트 마스크(Phase Shift Mask) 기술을 이용한 형성 방법으로서, 마스킹부(240)로서 위상 쉬프트 마스크를 이용하여 제조한다. 위상 쉬프트 마스크를 이용한 패터닝 방법은 투과하는 광에 위상차를 줌으로써 투과광 상호간의 간섭을 이용하는 공지된 방법이다.
제 2 실시예에 따른 섀도우 마스크의 제조 방법을 위한 섀도우 마스크의 마스킹 패턴은 복수의 위상 쉬프터(241, 242, 243)를 가지는 마스킹부를 이용하는 방법이다. 즉, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 마스킹부(240)는 하나의 마스킹부(240)에 계단 형태로 배열된 복수의 위상 쉬프터(241, 242, 243)를 가진다.
위상 쉬프터 마스크(PSM)는 해당 기술 분야에서 공지된 기술이며, 공지된 다양한 위상 쉬프터 마스크(PSM)의 종류 중 어느 하나를 사용한다.
예컨대, 본 발명에서 마스킹부(240)로 사용하는 위상 쉬프터 마스크는 도 7에 도시된 바와 같이, 소정 면적을 가지는 바디 상에, 레이저빔(L)이 투과하는 위상 쉬프터(241, 242, 243)와, 위상 쉬프터(241, 242, 243)의 외측에 위치하며 레이저빔(L)이 투과하지 못하는 차광부(244)가 마련된 구성이다.
즉, 마스킹부(240)의 바디의 일부 영역은 위상 쉬프터(241, 242, 243)가 마련된 영역이고, 상기 위상 쉬프터(241, 242, 243) 주위의 영역은 레이저빔(L)이 차광되는 차광 영역이다.
이때, 위상 쉬프터(241, 242, 243)는 복수개로 마련되고, 복수의 위상 쉬프터(241, 242, 243)는 서로 다른 면적을 가지면서, 바디의 높이 방향으로 순차적으로 나열 배치되어, 계단 형상을 이룬다. 본 발명의 제 2 실시예에서는 복수의 위상 쉬프터(241, 242, 243)는 바디를 가공하여 형성한 홈 형상이다.
즉, 제 2 실시예에 따른 마스킹부(240)는 바디의 상부면으로부터 제 1 깊이(A1)로 형성되며, 제 1 면적을 가지는 홈 형상의 제 1 위상 쉬프터(241), 바디의 상부면으로부터 제 1 깊이(A1)에 비해 깊은 제 2 깊이(A2)로 형성되며, 제 1 위상 쉬프터(241)의 면적(제 1 면적(A1))에 비해 작은 제 2 면적을 가지는 홈 형상의 제 2 위상 쉬프터(242), 바디의 상부면으로부터 제 2 깊이에 비해 깊은 제 3 깊이(A3)로 형성되며, 제 2 위상 쉬프터(242)의 면적(제 2 면적)에 비해 작은 면적을 가지는 홈 형상의 제 3 위상 쉬프터(243)를 포함하고, 바디의 좌우 방향의 영역 중, 제 1 위상 쉬프터(241)의 외측 영역에 차광부(244)가 마련된다.
이렇게 마련된 제 1 위상 쉬프터(241), 제 2 위상 쉬프터(242), 제 3 위상 쉬프터(243)는 예컨대, 60°, 120°, 180° 반전된다. 따라서, 마스킹부의 상측으로부터 조사되는 레이저빔(L)이 제 1 내지 제 3 위상 쉬프터(241, 242, 243)를 통과하면서 점차적으로 위상이 쉬프트 또는 반전된다.
즉, 제 1 위상 쉬프터(241)와 제 2 위상 쉬프터(242)의 경계, 제 2 위상 쉬프터(242)와 제 3 위상 쉬프터(243) 사이에서 레이저빔(L)의 위상이 연속적으로 변하게 된다.
이때, 제 1 위상 쉬프터(241), 제 2 위상 쉬프터(242), 제 3 위상 쉬프터(243) 간의 위상차(예컨대, 60°, 120°, 180°)에 의해 레이저빔의 강도 변화 및 쉬프트되는데, 이론적으로는 도 12b에 도시된 바와 같은 계단식의 분포 또는 형상으로 레이저빔이 조사되지만, 실제적으로는 해상도의 한계로 인해 레이저빔이 계단식으로 조사되지 않고, 도 12c에 도시된 바와 같이 경사를 가지도록 조사된다.
상술한 바와 같은 제 1 내지 제 3 위상 쉬프터(241, 242, 243)를 가지는 마스킹부(240)는 바디를 식각하는 방법으로 마련할 수 있다.
그리고, 바디는 레이저빔(L)의 투과가 가능한 쿼츠(Quartz)로 마련될 수 있으며, 쿼츠로 이루어진 바디에 제 1 내지 제 3 위상 쉬프터(241, 242, 243)가 마련되고, 바디 내부에 레이저빔(L)을 차단하는 필름, 박막 또는 블록 형태의 차광부(244)가 마련될 수 있다. 물론, 바디 내부에 차광부(244)가 마련되지 않고, 바디의 상부면에서 제 1 위상 쉬프터(241)의 외측 영역에 위치되도록 마련될 수 있다.
상기에서는 제 2 실시예에 따른 마스킹부(240)가 바디 자체를 가공하여 홈 형상의 제 1 내지 제 3 위상 쉬프터(241, 242, 243)를 마련하는 것을 예를 들어 설명하였다. 하지만 이에 한정되지 않고, 바디의 상부면에 레이저빔(L)의 위상 변화가 가능한 박막이 형성된 구조일 수 있다. 이때, 바디의 상부면에 형성된 박막 형태의 위상 쉬프터는 높이 방향으로 단차가 있는 계단 형상이 되도록 형성된다.
이하, 도 12를 참조하여, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 레이저가공방법에 의한 레이저가공패턴(120)을 형성하는 방법을 설명한다.
먼저, 베이스(110)를 마련하여 스테이지 상에 안착시키고, 제 2 실시예에 따른 마스킹부(240)를 회절광학부와 줌렌즈부 사이에 배치시킨다. 이어서, 빔공급부를 동작시켜 레이저빔(L)을 출력하면, 상기 레이저빔(L)이 마스킹부를 향해 조사된다.
이때, 조사된 레이저빔(L) 중, 제 1 내지 제 3 위상 쉬프터(241, 242, 243)를 향하는 레이저빔(L)은 줌렌즈부 및 프로젝션부를 통과하여 베이스(110)에 조사되고, 마스킹부의 차광부(244)를 향해 조사된 레이저빔(L)은 베이스(110)로 조사되지 않고, 그 이동이 차단된다. 그리고 레이저빔(L)이 마스킹부(240)의 상측으로부터 조사되는 레이저빔이 제 1 내지 제 3 위상 쉬프터(241, 242, 243)를 통과하면서 점차적, 연속적으로 위상이 쉬프트 됨에 따라, 도 12b에 도시된 바와 같이, 베이스(110)에 하측으로 갈수록 그 내경 또는 폭이 좁아지는 레이저가공패턴(120)이 마련된다.
도 14는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 레이저가공방법에 의한 레이저가공패턴(120)을 형성하기 위한 방법을 순서적으로 나타낸 도면이다. 도 15는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 방법에 의해 섀도우 마스크를 제조하기 위해 마련된 마스킹부를 설명하기 위한 도면이다.
도시된 바와 같이, 제 3 실시예에 따른 섀도우 마스크의 제조 방법에서는 슬릿(Slit) 마스킹부로서, 슬릿(slit) 마스크를 이용하여 섀도우 마스크를 제조하는 방법이다. 슬릿 마스크는 도 15a 및 도 15b에 도시된 바와 같이, 레이저빔(L)의 투과가 가능한 바디(251) 상부 또는 내부에 레이저빔(L)의 투과를 차단하는 복수의 차광막(252a, 252b, 252c)이 형성되는데, 복수의 차광막(252a, 252b, 252c의 폭이 다르도록 함으로써, 베이스(110)로 조사되는 레이저빔(L)의 강도를 다르게 조절하는 것이다.
본 발명의 실시예에서와 같이 하측으로 갈수록 내경이 좁은 사다리꼴 또는 사각뿔 형상의 패턴을 가지는 섀도우 마스크를 제조하기 위해, 제 3 실시예에 따른 마스킹부(250)는 바디(251)의 상부에 복수의 차광막(252a, 252b, 252c) 패턴이 상호 이격되도록 형성되며, 이격된 공간이 레이저빔(L)이 투과하는 투과 영역이다. 바디(251) 상에 복수의 차광막(252a, 252b, 252c)이 형성되는데 있어서, 도 15a 및 도 15b에 가장자리로부터 중심 방향으로 갈수록 그 차광막(252a, 252b, 252c)의 폭이 좁도록 한다.
다른 말로 하면, 가장자리로부터 중심 방향으로 갈수록 차광막(252a, 252b, 252c 중 어느 하나)과 차광막(252a, 252b, 252c 중 어느 하나) 사이의 투과 영역의 폭이 넓도록 마스킹부(250)를 마련한다.
이러한 마스킹부(250)의 상측에서 레이저빔(L)을 조사할 경우, 넓은 투과 영역의 하측에 위치하는 베이스(110)의 영역에 조사되는 레이저빔의 강도가, 상대적으로 좁은 투과 영역의 하측에 위치하는 베이스(110)의 영역에 조사되는 레이저빔(L)의 강도에 비해 크다. 제 3 실시예의 경우, 가장자리로부터 중심 방향으로 갈수록 투과 영역의 폭이 넓으므로, 레이저빔(L)이 베이스(110)로 조사되는데 있어서, 가장자리로부터 중심 방향으로 갈수록 조사되는 레이저빔(L)의 강도가 세다.
이하, 도 14를 참조하여, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 레이저가공방법에 의한 레이저가공패턴(120)의 제조방법을 설명한다.
먼저, 베이스(110)를 마련하여 스테이지 상에 안착시키고, 회절광학부 및 줌렌즈부 사이에 제 3 실시예에 따른 마스킹부(250)를 배치시킨다. 이어서, 레이저빔(L)을 출력하면, 상기 레이저빔(L)이 마스킹부(250)를 향해 조사된다.
이때, 조사된 레이저빔(L) 중, 마스킹부(250)의 제 1 내지 제 3 투과 영역(253a, 253b, 253c)을 향하는 레이저빔(L)은 줌렌즈부 및 프로젝션부를 통과하여 베이스(110)에 조사되고, 마스킹부(250)의 차광막(252a)을 향해 조사된 레이저빔(L)은 베이스(110)로 조사되지 않고, 그 이동이 차단된다.
이때, 가장자리에 위치한 제 1 투과 영역(253a)을 통과하여 베이스(110) 상에 조사된 레이저빔(L)의 강도에 비해, 제 1 투과 영역(253a)에 비해 바디(251)의 내측에 위치한 제 2 투과 영역(253b)을 통과하여 베이스(110) 상에 조사된 레이저빔(L)의 강도가 크고, 제 2 투과 영역(253b)에 비해 바디(251)의 내측에 위치한 제 3 투과 영역(253c)을 통과하여 베이스(110) 상에 조사된 레이저빔(L)의 강도가 크다.
이러한 영역 별 레이저빔(L)의 강도 변화에 의해, 도 14b에 도시된 바와 같이, 베이스(110)에 하측으로 갈수록 그 내경 또는 폭이 좁아지는 마스크패턴이 마련된다.
본 발명의 제 4 실시예로, 상기 마스킹부는 상기 베이스 상측에 포토리소그래피 공정에 의한 포토레지스트로 이루어진 마스킹 패턴을 형성되고, 상기 마스킹부 상측에서 레이저빔을 조사하는 과정은, 상기 마스킹부의 마스킹 패턴에 있어서 포토레지스트가 제거된 부위에 레이저빔을 조사하는 것이다.
경우에 따라서는 베이스 상측에 포토레지스트 층을 형성하고, 현상공정을 통해 제거되어 있지 않은 상태에서 레이저를 이용하여 가공을 수행하는 방법 또한 가능하다. 이때 레이저는 실질적으로 베이스 위가 아닌 포토레지스트 층 상에 조사되어, 포토레지스트와 메탈 베이스를 동시에 가공하게 된다.
이와 같이 본 발명의 제 1 내지 제 4 실시예에 따른 섀도우 마스크의 제조 방법은 레이저빔을 조사하여 베이스 상에 레이저가공패턴(120)을 가공하는 방법으로, 이후, 습식에칭을 통하여 습식에칭패턴(130)을 형성하여 레이저가공패턴(120)의 표면을 매끈하게 하여 가공품질이 향상된 메탈 섀도우 마스크를 제공하도록 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저가공단계는, 상기 베이스 상에 단위 가공영역을 설정하는 제1단계와, 레이저빔이 상기 단위 가공영역의 한 경계에서 시작하여, 1번째 스캔경로(scan path)를 따라 이동해가며, 상기 단위 가공영역의 다른 쪽 경계에 도달할 때까지, 상기 단위 가공영역 내에 포함된 레이저가공패턴에 대한 가공이 이루어지는 제2단계와, 상기 제2단계의 가공 후, 상기 레이저빔을 2번째 스캔경로로 이동시키기 위해, 상기 레이저빔을 다음 스텝(step)으로 방향을 전환하고, 스텝피치(step pitch)만큼 이동시키는 제3단계 및 상기 제2단계 및 제3단계를 반복수행하여 n번째 스캔경로를 따라 레이저빔의 이동이 완료되면 단위 가공영역 전체에 대한 가공이 이루어지는 제4단계로 크게 이루어진다.
상기 레이저가공패턴은 상기 습식에칭패턴에 연속되어 가공되는 것으로, 본 발명에서의 단위 가공영역은 레이저가공장치의 한 번 셋팅으로 베이스 상에 레이저가공패턴을 형성할 수 있는 영역을 의미하거나, 실험자가 베이스 상의 특정 영역을 임의로 지정하여 단위 가공영역으로 설정할 수도 있다. 이러한 단위 가공영역은 1개 또는 그 이상의 레이저가공패턴을 포함할 수 있으며, 가공속도를 고려하여 상기 단위 가공영역의 크기를 크게 설정하는 것이 바람직하다.
이러한 단위 가공영역은 단수 개 또는 복수 개로 형성될 수 있으며, 단위 가공영역의 가공이 완료되면 베이스에 상기 습식에칭패턴에 연속되는 레이저가공패턴의 형성이 완료되는 것이다.
한편, 본 발명에 따른 레이저를 이용하여 습식에칭패턴에 연속되는 레이저가공패턴을 형성하는 단계는, 도 16에 도시된 바와 같이, 먼저, 습식에칭패턴이 형성된 상기 베이스 상에 단위 가공영역을 설정하는 것이다(제1단계).
상기 단위 가공영역은 레이저가공패턴을 단수 또는 복수 개로 포함할 수 있으며, 상기 베이스 상에서의 가상의 영역으로 설정된다.
구체적으로는, 단위 가공영역의 길이는 레이저빔이 하나의 스캔경로를 따라 방향전환을 하지 않고 이동할 수 있는 길이를 말하며, 그 폭은 후술할 방향전환된 스텝피치만큼 형성되는 것이 일반적이다.
이러한 상기 단위 가공영역을 설정함에 있어서, 단위 가공영역 내에 레이저가공패턴의 전체 영역이 포함되도록 설정함으로써, 가공영역을 여러 번에 걸쳐 나누지 않고도 전체 가공이 완료되게 되어, 종래의 스캐너 장치를 이용하여 전체 가공물을 여러 개의 분할 영역으로 나누어 가공함으로 인해 발생하는 스티칭 발생 문제를 제거할 수 있는 것이다.
또한 상기 단위 가공영역을 대면적의 베이스의 크기와 동일하게 설정하여 스티칭 현상없는 대면적의 베이스의 가공이 가능하게 된다.
그 다음, 레이저빔이 상기 단위 가공영역의 한 경계에서 시작하여, 1번째 스캔경로(scan path)를 따라 이동해가며, 상기 단위 가공영역의 다른 쪽 경계에 도달할 때까지, 상기 단위 가공영역 내에 포함된 레이저가공패턴에 대한 가공이 이루어지는 것이다(제2단계).
즉, 베이스 상에 설정된 단위 가공영역의 한 경계에서 다른 쪽 경계까지 1번째 스캔경로를 설정하고, 이를 따라 레이저빔이 이동하면서 단위 가공영역 내에 포함되는 레이저가공패턴에 대한 부분 또는 전체에 대한 가공이 수행되는 것이다.
그리고, 1번째 스캔경로를 따라 레이저빔이 이동하면서 단위 가공영역의 다른 쪽 경계에 레이저빔이 도달하게 되면, 상기 레이저빔을 다음 스텝(step)으로 방향을 전환시키고, 스텝피치(step pitch)만큼 이동시켜 2번째 스캔경로로 이동시키게 된다(제3단계).
즉, 단위 가공영역의 다른 쪽 경계에 레이저빔이 도달하게 되면, 레이저를 오프(off)시키고, 레이저빔의 방향을 전환하고, 설정된 스텝피치(step pitch)만큼 이동시킨 후, 2번째 스캔경로를 설정하게 된다. 이때 레이저가 다시 온(on)되게 된다.
상기 스텝피치는 인접하는 스캔경로 간의 거리를 의미하는 것으로서, 예컨대, 1번째 스캔경로와 2번째 스캔경로 사이의 거리로, 1번째 스캔경로를 이동하는 레이저빔의 중심에서 2번째 스캔경로를 이동하는 레이저빔의 중심까지의 거리를 의미한다.
여기에서, 1번째 스캔경로와 2번째 스캔경로는 같은 방향일 수도 있으며, 도 10에 도시된 바와 같이, 반대 방향으로 설정될 수도 있다. 즉, 레이저빔의 이동방향이 반대로 설정될 수 있다. 즉, n-1번째 스캔경로와 n번째 스캔경로는 같은 방향 또는 반대 방향으로 레이저빔이 이동하도록 설정할 수 있으며, 이에 한정하지 않고, 복수 회의 스캔경로는 특정 방향으로, 또는 그 반대 방향으로 설정되거나, 이들의 조합으로 설정될 수 있다.
또한, 1번째 스캔경로에서 2번째 스캔경로로의 방향 전환시 스텝피치는, 1번째 스캔경로의 레이저빔의 크기보다 같거나 작게 형성되어, 균일한 패턴의 가공이 이루어지도록 한다. 즉, n-1번째 스캔경로에서 n번째 스캔경로로의 방향 전환시 스텝피치는, n-1번째 스캔경로의 레이저빔의 크기보다 같거나 작은 것을 특징으로 한다.
또한, n-1번째 스캔피치와 n번째 스캔피치는, 레이저가공패턴의 형태에 따라 다르게 설정될 수도 있다. 여기에서, 상기 스캔피치=v/f(v : 구동부의 동작에 의한 베이스과 레이저빔의 상대 속도, f : 베이스 위에 인가되는 레이저 소스의 펄스 진동수)로, 베이스과 펄스 레이저빔의 상대 속도와 펄스 진동수를 고려하여, 연속되는 펄스 레이저빔 간의 간격을 의미한다.
이러한 스텝피치는 후술할 레이저빔의 오버랩률(overlap rate)을 설정하는 기준이 되어, 상기 스캔피치의 간격이 좁을수록 레이저빔의 오버랩률이 증가하게 되며, 이는 레이저가공패턴의 가공깊이 설정에 영향을 미치게 된다.
그 다음, 상기 제1단계 및 제2단계를 반복수행하여, n번째 스캔경로를 따라 레이저빔의 이동이 완료되면 단위 가공영역 전체에 대한 가공이 이루어지게 된다(제4단계).
도 16에 도시된 바와 같이, 설정된 1번째 스캔경로를 따라 레이저빔이 이동하면서, 1번째 스캔경로 상에 형성된 레이저가공패턴에 대한 가공이 이루어지게 된다. 그리고, 레이저빔이 단위 가공영역 상의 다른 쪽 경계에 도달하면, 다음 스텝으로의 방향 전환 후, 스텝피치만큼 이동하여 2번째 스캔경로를 따라 레이저빔이 이동하여 처음 단위 가공영역 상의 경계에 도달하게 된다. 다시 이를 반복하여, n번째 스캔경로를 설정하고, 이를 따라 레이저빔의 이동이 완료되어 단위 가공영역의 어느 경계에 도달하게 되면, 단위 가공영역에 포함된 레이저가공패턴에 대한 가공이 완료되게 되는 것이다.
이에 의해 가공 중에 발생하는 레이저빔의 방향전환의 횟수를 현저히 줄일 수 있고(스캔경로를 이동하며 가공->다음 스텝으로 방향전환 및 이동), 비교적 단순한 가공절차를 반복수행하여 가공이 이루어지게 되므로, 생산성이 향상되게 된다.
이와 같이, 본 발명은 레이저를 이용하여 베이스에 상기 습식에칭패턴에 연속되는 레이저가공패턴을 형성하기 위한 것으로서, 상기 베이스 상에 단위 가공영역을 설정하고, 그 단위 가공영역 상에 레이저빔이 이동하는 스캔경로를 특정 스텝피치 간격으로 설정하여 각 단위 가공영역의 가공을 수행하여, 베이스에 열에너지가 누적되는 것을 방지하여, 베이스를 보호하고, 미세 패턴의 형성이 가능하도록 한 것이다.
또한 가공영역 내에 포함되는 하나의 레이저가공패턴이 여러 개의 스캔경로를 포함하고 있어서, 하나의 레이저가공패턴에 대한 가공이 모두 완료되기 위해서는 그에 포함된 모든 스캔경로에 대한 가공이 이루어지게 되므로, 레이저가공패턴에 대한 가공이 휴지 시간을 갖고 간헐적으로 이루어지도록 하여 베이스에 열에너지가 누적되는 것을 방지하여, 베이스를 보호하고 미세 레이저가공패턴의 형성이 가능하게 된다.
한편, 상기 스캔경로를 따라 레이저빔이 이동할 때에, 각 스캔경로에 대응하여 가공깊이를 설정할 수 있다. 즉, 1번째 스캔경로의 가공깊이를 얼마로 설정하고, 2번째 스캔경로의 가공깊이는 또 다른 값으로 설정할 수 있으며, n번째 스캔경로의 가공깊이를 각각 다르게 또는 가장 가운데에 존재하는 스캔경로에 대칭적으로 설정할 수도 있다. 이는 레이저가공패턴의 형태에 따라 다양하게 설정될 수 있으며, 이러한 가공깊이의 설정은 레이저빔의 에너지 누적 분포를 제어함으로써 구현될 수 있다.
첫번째, 가공깊이를 설정하는 방법으로서, 상기 스캔경로를 이동하는 레이저빔의 오버랩률(overlap rate)[오버랩률={(레이저빔의 크기 - 스캔피치)/레이저빔의 크기} x 100, 스캔피치=v/f, v : 구동부의 동작에 의한 베이스과 레이저빔의 상대 속도, f : 베이스 위에 인가되는 레이저 소스의 펄스 진동수]에 의해 제어된다.
상기 레이저빔의 오버랩률에 따른 가공깊이의 설정은 , 레이저 소스부의 펄스 진동수(pulse frequency) 값을 고정한 채, 빔의 상대 속도를 스캔경로 별로 다르게 설정하는 방법과, 빔의 상대 속도 값을 고정한 채, 펄스 진동수 값을 스캔경로 별로 다르게 설정하는 방법이 있다.
즉, 상기 레이저빔의 오버랩률은 레이저빔의 크기에 따른 스캔피치의 제어에 의해 설정될 수 있으며, 스캔피치=v/f에서, 빔의 상대 속도 및 펄스 진동수 값을 조절하여, 각 스캔경로 별로 레이저빔의 오버랩되는 정도를 제어하여, 가공깊이를 설정하게 하는 것으로서, 레이저가공패턴의 가공깊이가 깊을수록 레이저빔의 오버랩률은 커지도록 설정하게 된다.
도 17은 이러한 레이저빔의 오버랩 정도에 의한 가공깊이를 제어하는 것에 대한 모식도를 나타낸 것으로서, 각 스캔경로 별로 레이저빔의 오버랩률을 제어하여 깊이가 있는 레이저가공패턴을 형성하는 것이다.
두번째, 상기 가공깊이의 설정은 상기 스캔경로의 중첩회수에 의해 제어될 수 있다. 즉, 동일한 스캔경로 상에서 레이저빔을 몇 번 이동시키느냐에 따른 에너지 누적 분포를 제어하여 레이저가공패턴의 가공깊이를 설정할 수 있는 것이다.
구체적으로는, 각 스캔경로에 대해서 레이저빔의 상대 속도와 펄스 진동수 값을 모두 고정한 채(즉, 스캔피치는 일정), 단위 가공영역 내의 스캔경로에 선택적으로 스캔경로의 중첩회수를 설정하는 것이다.
도 18은 스캔경로의 중첩회수에 의한 가공깊이를 제어하는 것에 대한 모식도로서, 각 스캔경로 별로 레이저빔의 중첩회수를 제어하여 깊이가 있는 레이저가공패턴을 형성하는 것이다.
세번째, 상기 가공깊이의 설정은 상기 스캔경로 별로 에너지 강도를 설정하거나 하나의 스캔경로 내에서도 레이저 소스의 펄스 별로 에너지 강도를 설정하거나 이 둘의 조합에 의해 결정될 수 있다. 즉, 동일한 스캔경로 상에서 레이저빔의 에너지의 세기를 조절에 따른 에너지 누적 분포를 제어하여 레이저가공패턴의 가공깊이를 설정할 수 있는 것이다.
구체적으로는, 각 스캔경로에 대해 레이저빔의 상대 속도와 펄스 진동수 값을 모두 고정한 채(즉, 스캔피치는 일정), 각 스캔경로를 따라 상대 위치 이동하는 도중에 레이저 소스의 펄스 별로 에너지 강도를 다르게 설정하거나, 각 스캔경로 별로 에너지 강도를 다르게 설정하는 것이다.
도 19는 각 스캔경로를 따라 상대 위치 이동하는 레이저 소스의 펄스 별로 에너지 강도를 다르게 설정함에 의한 가공깊이를 제어하는 것에 대한 모식도로서, 각 스캔경로를 따라 레이저빔의 에너지의 강도를 제어하여 깊이가 있는 레이저가공패턴을 형성하는 것이다.
상기의 가공깊이를 설정하는 방법에 있어서, 상기 스캔경로를 이동하는 레이저빔의 오버랩률, 상기 스캔경로의 중첩회수 및 상기 스캔경로를 이동하는 레이저빔의 에너지 강도 중 어느 하나, 또는 이들 중 둘 이상의 조합에 의해 결정될 수도 있다.
한편, 상기 1,...,n번째 스캔경로(제1방향)와, 상기 스캔경로에 수직하는 1,...,m번째 스캔경로(제2방향)를 설정하여, 레이저가공패턴을 형성할 수 있다.
이러한 레이저가공패턴을 형성하는 방법으로서, 상기 스캔경로에 따라 에너지 누적 분포를 순차적인 강도로 설정하여 테이퍼 형상의 레이저가공패턴을 형성할 수 있는 것이다. 즉, 두 방향으로 스캔경로를 직교하게 설정한 채로 스캔경로에 따라 에너지 누적 분포를 순차적인 강도로 설정하여 테이퍼 형상의 레이저가공패턴이 형성될 수 있도록 가공깊이를 구현하는 것이다.
구체적으로는, 도 20에 도시된 바와 같이, 제1방향의 1번째 제1방향의 n번째, 그리고, 제2방향의 1번째, 제2방향의 m번째 스캔경로의 가공깊이를 동일하게 설정하고, 그와 같은 방식으로 나머지 모든 스캔경로에 대한 가공 깊이를 설정하는 것이다.
예컨대, 제1방향의 1번째(=제1방향 n번째=제2방향 1번째=제2방향 m번째)의 스캔경로의 가공깊이보다, 제1방향의 2번째(=제1방향 n-1번째=제2방향 2번째=제2방향 m-1번째)의 스캔경로의 가공깊이를 같거나 더 큰 값으로 설정하는 것이다. 나머지 스캔경로에 대해서서도 가공깊이는 동일한 방식으로 설정한다.
또한, 테이퍼 형상의 레이저가공패턴을 형성하는 또 다른 방법으로서, 상기 단위 가공영역에 포함된 레이저가공패턴 영역 상에 다수개의 에너지 영역을 설정하여, 에너지 영역별로 에너지 누적 분포를 순차적인 강도로 설정하여 테이퍼 형상의 3차가공깊이를 설정할 수도 있다.
구체적으로는 제2에너지 영역에 할당되는 에너지 누적분포는 제1에너지 영역에 할당되는 에너지 누적분포보다 크거나 같은 값으로 설정하고, 그와 같은 방식으로 나머지 에너지 영역에 대한 에너지 누적의 할당은 순차적인 값으로 설정된다.
이러한 에너지 영역별로 에너지 누적 분포의 설정은, 상기 스캔경로의 중첩회수 또는 상기 스캔경로를 이동하는 레이저빔의 에너지 강도의 변화에 의해 이루어지게 된다.
도 21은 스캔경로의 중첩회수에 의해 에너지 영역에 대한 에너지 누적 분포가 제어되는 경우를 나타낸 것으로서, 고정 값의 레이저빔의 상대 속도, 펄스 진동수, 그리고 펄스 에너지 값이 설정된 상태에서, 제1에너지 영역과 제2에너지 영역의 차집합 영역에 대한 스캔경로의 특정 중첩회수를 설정하는 것이다.
그리고, 제2에너지 영역과 제3에너지 영역의 차집합 영역에 대해 상기 중첩회수보다 크거나 같은 중첩회수로 설정하고, 나머지 모든 에너지 영역에 대해 위와 같은 에너지 누적 분포를 제어하여 테이퍼 형상의 레이저가공패턴을 형성하는 것이다.
도 22는 상기 스캔경로를 이동하는 레이저 소스의 펄스 별로 에너지 강도의 변화에 의해 각 에너지 영역에 대해 에너지 누적 분포가 제어되는 경우를 나타낸 것으로서, 각 에너지 영역에 대해 펄스 에너지의 강도 수준을 동일한 값으로 설정하는 것이다. 즉, 1번째 스캔경로와 n번째 스캔경로에 대해 동일한 파형의 펄스 에너지 강도를 설정하는 것이다.
도 22에 도시된 바와 같이, 2번째(=n-1번째) 스캔경로의 펄스 에너지의 파형은 1번째(=n번째) 스캔경로의 펄스 에너지의 파형과 비교해, 각 에너지 영역에 대응하여 각 펄스 에너지의 강도가 결정되는 것이다.
여기에서, 상기 스캔경로의 중첩회수를 순차적으로 설정하거나, 상기 스캔경로를 이동하는 레이저 소스의 펄스 별로 에너지 강도를 순차적으로 설정하여 에너지 영역별로 에너지 누적 분포를 순차적인 강도로 설정할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 상기 스캔경로에 대해 가공깊이를 설정하여 레이저가공패턴의 형성이 용이하도록 하였으며, 특정 스캔경로 또는 에너지 영역별로 에너지의 총 누적 분포 제어를 통해 테이퍼 형상의 레이저가공패턴의 형성이 용이하도록 한 것이다.
이와 같이 본 발명에 따른 섀도우 마스크의 제조 방법은 습식에칭을 수행하여 섀도우 마스크의 개구부를 형성하면서 습식에칭패턴을 형성하고, 그 후 상기 습식에칭패턴에 연속적으로 레이저빔을 조사하여 레이저가공패턴을 가공하는 방법으로, 습식에칭을 통해 메탈 섀도우 마스크의 대략적인 형상을 구성하게 된다.
이후 레이저에 의한 추가 가공을 수행함에 있어서 제거해야 할 메탈 재료의 제거량이 매우 적으며, 이에 의해 레이저 펄스의 횟수를 줄일 수 있게 되고, 이로 인해 기존의 방식(메탈 마스크 전체를 레이저에 의해 가공하는 방식)에 비해 열누적 영향을 현저히 줄일 수 있어, 고품질의 섀도우 마스크를 제공할 수 있는 효과가 있다.
따라서, 본 발명은 섀도우 마스크를 제조함에 있어서, 습식에칭 및 레이저가공을 복합적으로 이용함으로써, 기존의 레이저가공 공정으로 인한 생산성 저하의 문제를 해결하고, 습식에칭에 의한 고품질의 섀도우 마스크를 제공할 수 있도록 하는 것이다.
또한, 레이저가공 및 습식에칭으로 구현되는 복합적인 가공방법에 의해, 기존의 습식에칭의 등방적 성질에 의한 언더컷(under-cut)의 문제를 해결하여, 기판 상에 증착되는 유기발광 물질의 점진적인 증착을 방지하여, 증착된 유기발광 물질의 경계부를 명확히 함으로써, 디스플레이 장치의 성능을 개선시키고자 하는 것이다.
또한, 레이저가공 및 습식에칭으로 구현되는 복합적인 가공방법에 의해, 기존의 습식에칭 방식에 의한 마스크패턴 형성을 위한 형상 인자들의 한계에 제한되지 않으므로, QHD(약 500ppi 수준) 또는 그 이상의 UHD(약 800ppi) 이상의 고해상도를 구현할 수 있는 장점이 있다.
110 : 베이스 120 : 레이저가공패턴
130 : 습식에칭패턴 200 : 마스킹부
230, 240, 250 : 마스킹부 231a, 231b, 231c : 개구
241, 242, 243 : 위상 쉬프터 253a, 253b, 253c : 투과 영역

Claims (16)

  1. 마스크패턴이 형성된 섀도우 마스크의 제조방법에 있어서,
    베이스 상측에서 습식에칭을 수행하여 습식에칭패턴을 형성하는 습식에칭단계;
    상기 습식에칭패턴이 형성된 베이스 상측 또는 하측에서 레이저가공을 수행하여, 상기 습식에칭패턴에 연속하는 레이저가공패턴을 형성하는 레이저가공단계;를 포함하여 이루어지되,
    상기 레이저가공단계는,
    상기 베이스 상에 단위 가공영역을 설정하는 제1단계;
    레이저빔이 상기 단위 가공영역의 한 경계에서 시작하여, 1번째 스캔경로(scan path)를 따라 이동해가며, 상기 단위 가공영역의 다른 쪽 경계에 도달할 때까지, 상기 단위 가공영역 내에 포함되는 레이저가공패턴에 대한 가공이 이루어지는 제2단계;
    상기 레이저빔을 다음 스텝(step)으로 방향을 전환하고, 스텝피치(step pitch)만큼 이동시켜 2번째 스캔경로로 이동시키는 제3단계; 및
    상기 제2단계 및 제3단계를 반복수행하여 n번째 스캔경로를 따라 레이저빔의 이동이 완료되면 단위 가공영역 전체에 대한 가공이 이루어지는 제4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 가공 방법을 이용한 섀도우 마스크의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 레이저가공단계는,
    상기 베이스 상측에 제조하고자 하는 섀도우 마스크의 마스크패턴에 대응하는 마스킹패턴이 마련된 마스킹부를 형성하여, 상기 마스킹부 상측에서 레이저빔을 조사하는 것을 특징으로 하는 복합 가공 방법을 이용한 섀도우 마스크의 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 마스킹부는,
    복수 개로 마련되며, 각 마스킹부에는 서로 다른 폭을 가지는 마스킹 패턴이 형성되고,
    상기 마스킹부 상측에서 레이저빔을 조사하는 과정은,
    상기 복수의 마스킹부 각각을 이용하여 상기 마스킹부 상측에서 레이저빔을 조사하는 복수 번의 레이저빔 조사 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 가공 방법을 이용한 섀도우 마스크의 제조방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 복수의 마스킹부 각각을 이용하여 상기 레이저빔을 조사하는 과정에 있어서,
    상기 복수 번의 레이저빔 조사 단계 중, 마지막 레이저빔 조사 단계로 갈수록 폭이 좁은 개구 형태의 마스킹 패턴을 가지는 마스킹부를 이용하여 레이저빔을 조사하는 것을 특징으로 하는 복합 가공 방법을 이용한 섀도우 마스크의 제조방법.
  5. 제 2항에 있어서, 상기 마스킹부는,
    상기 베이스 상측에 포토리소그래피 공정에 의한 포토레지스트로 이루어진 마스킹 패턴이 형성되고,
    상기 마스킹부 상측에서 레이저빔을 조사하는 과정은,
    상기 마스킹부의 마스킹 패턴에 있어서 포토레지스트가 제거된 부위에 레이저빔을 조사하는 것을 특징으로 하는 복합 가공 방법을 이용한 섀도우 마스크의 제조방법.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 마스킹부는 서로 다른 폭을 가지며, 상기 레이저빔을 서로 다른 각도로 위상 쉬프트시킬 수 있는 복수의 마스킹 패턴을 가지는 위상 쉬프터 마스크(PSM)이며,
    상기 마스킹부 상측에서 레이저빔을 조사하는 과정에 있어서,
    상기 위상 쉬프트 마스크(PSM) 형태인 상기 마스킹부 상측에서 레이저빔을 조사하여, 상기 레이저빔을 각각에서 위상 쉬프트가 가능한 상기 각 마스킹 패턴을 거치도록 상기 베이스 상에 조사하는 것을 특징으로 하는 복합 가공 방법을 이용한 섀도우 마스크의 제조방법.
  7. 제 2항에 있어서, 상기 마스킹부는 레이저빔이 투과 가능한 바디와, 각각이 상기 바디 상에서 폭 방향으로 이격되도록 형성된 복수의 차광막과, 복수의 차광막 사이의 이격 공간이면서 레이저빔이 투과가 가능한 복수의 투과 영역을 포함하는 슬릿(Slit) 형태의 마스킹 패턴이 형성되며,
    외각 방향에서 바디의 중심 방향으로 갈수록 차광막의 폭이 얇아지도록 형성되고,
    외각 방향에서 바디의 중심 방향으로 갈수록 투과 영역의 폭이 넓어지도록 형성되며,
    상기 마스킹부 상측에서 레이저빔을 조사하는 과정에 있어서,
    상기 슬릿(Slit) 마스크 형태인 상기 마스킹부 상측에서 레이저빔을 조사하여, 상대적으로 폭이 넓은 투과 영역의 하측에 대응하는 베이스 영역에 조사된 레이저빔의 강도가, 상대적으로 폭이 좁은 투과 영역의 하측에 대응하는 베이스 영역에 조사된 레이저빔의 강도에 비해 세도록 조사하는 것을 특징으로 하는 복합 가공 방법을 이용한 섀도우 마스크의 제조방법.
  8. 삭제
  9. 제 1항에 있어서, 상기 복합 가공 방법을 이용한 섀도우 마스크의 제조방법은,
    각 스캔경로에 대응하여 가공깊이를 설정하는 것을 특징으로 하는 복합 가공 방법을 이용한 섀도우 마스크의 제조방법.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 단위 가공영역에 포함된 레이저가공패턴 영역 상에 다수개의 에너지 영역을 설정하여, 에너지 영역별로 에너지 누적 분포를 순차적인 강도로 설정하여 가공깊이를 설정하는 것을 특징으로 하는 복합 가공 방법을 이용한 섀도우 마스크의 제조방법.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 레이저가공에 의한 레이저가공패턴은,
    상기 베이스 상의 가공면으로부터 내경이 좁아지게 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 가공 방법을 이용한 섀도우 마스크의 제조방법.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 습식에칭단계는,
    상기 베이스 상측에 상기 습식에칭패턴 형성을 위한 포토레지스트 패턴을 형성하고, 포토레지스트가 제거된 부위를 따라 상기 베이스의 습식에칭이 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합 가공 방법을 이용한 섀도우 마스크의 제조방법.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 레이저가공단계는,
    상기 습식에칭 방향과 동일한 방향 또는 반대방향으로 수행하는 것을 특징으로 하는 복합 가공 방법을 이용한 섀도우 마스크의 제조방법.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 레이저가공에 의한 레이저가공패턴은,
    상기 습식에칭 방향과 동일한 방향 또는 반대 방향으로 가공되어 상기 습식에칭패턴에 연속적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크의 제조방법.
  15. 제 1항에 있어서, 상기 레이저가공에 의한 레이저가공패턴의 두께는,
    상기 베이스 전체 두께에 대해 40% 이하로 형성된 것을 특징으로 하는 복합 가공 방법을 이용한 섀도우 마스크의 제조방법.
  16. 제 1항 내지 제 7항, 제 9항 내지 제 15항 중의 어느 한 항의 제조방법에 의해 제조된 섀도우 마스크.
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