KR102269136B1 - 증착용 마스크와, 이를 제조하는 방법 - Google Patents

증착용 마스크와, 이를 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

증착용 마스크와, 이를 제조하는 방법을 개시한다. 본 발명은 챔버 내에 증착용 마스크를 설치하는 단계;와, 증착용 물질을 포함하는 스퍼터링 타겟에 전원을 인가하여 방전을 유도하는 단계;와, 복수의 마그네트 유니트 사이에 자기장을 형성하여 스퍼터링 타겟에서 스퍼터링된 입자를 증착용 마스크에 증착시키는 단계;를 포함하되, 스퍼터링 타겟에는 서로 다른 크기의 전압을 인가한다.

Description

증착용 마스크와, 이를 제조하는 방법{Mask for deposition and the fabrication method thereof}
본 발명은 증착용 마스크와, 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
통상적으로, 유기 발광 디스플레이 장치(organic light emitting display apparatus)는 스마트 폰, 태블릿 퍼스널 컴퓨터, 랩 탑 컴퓨터, 디지털 카메라, 캠코더, 휴대 정보 단말기와 같은 모바일 장치나, 초박형 텔레비전, 광고판과 같은 전자 장치에 이용할 수 있다.
유기 발광 디스플레이 장치는 애노우드와 캐소우드 사이에 유기 발광층을 개재한다. 유기 발광 디스플레이 장치는 유기 발광층을 보호하기 위한 박막 엔캡슐레이션(thin film encapsulation, TFE)을 포함한다.
박막 엔캡슐레이션은 박막 증착 공정에 의하여 형성할 수 있다. 박막 증착 공정은 화학 기상 증착(chemical vapor deposition, CVD)이나, 물리 기상 증착(physical vapor deposition, PVD) 등을 포함한다.
박막 증착시, 증착용 마스크를 이용할 수 있다. 증착용 마스크는 기판 상에 박막층을 다수 증착한 이후에, 세정 공정을 통하여 재활용할 수 있다. 증착용 마스크는 내부식 특성을 향상시켜서, 수명을 연장할 필요가 있다.
본 발명의 실시예들은 증착용 마스크와, 이를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 증착용 마스크를 제조하는 방법은,
챔버 내에 증착용 마스크를 설치하는 단계;
증착용 물질을 포함하는 스퍼터링 타겟에 전원을 인가하여 방전을 유도하는 단계; 및
복수의 마그네트 유니트 사이에 자기장을 형성하여 상기 스퍼터링 타겟에서 스퍼터링된 입자를 상기 증착용 마스크에 증착시키는 단계;를 포함하되,
상기 스퍼터링 타겟에는 서로 다른 크기의 전압을 인가한다.
일 실시예에 있어서, 상기 스퍼터링 타겟은 복수개 배열되고, 각각의 스퍼터링 타겟에는 서로 다른 크기의 펄스 직류 전압을 인가한다.
일 실시예에 있어서, 각 스퍼터링 타겟에는 동시에 펄스 직류 전압이 인가된다.
일 실시예에 있어서, 상기 펄스 직류 전압은 300V 내지 500V이다.
일 실시예에 있어서, 상기 챔버 내의 온도는 150℃ 이하이다.
일 실시예에 있어서, 상기 증착용 마스크에는 적어도 1층의 증착층이 형성된다.
일 실시예에 있어서, 상기 증착층은, 상기 증착용 마스크 상에 증착되는 알루미늄층이나, 적층 구조의 알루미늄층 및 알루미늄 산화물층이나, 텅스텐층이나, 적층 구조의 텅스텐층 및 텅스텐 산화물층중 선택되는 어느 하나를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 증착층은 0.1 마이크로미터 내지 100 마이크로미터로 증착된다.
일 실시예에 있어서, 상기 증착층은 증착용 마스크의 제 1 면과, 상기 마스크의 제 1 면과 반대되는 제 2 면에 걸쳐서 형성된다.
본 발명의 다른 측면에 따른 증착용 마스크는,
복수의 관통공이 형성된 마스크 본체; 및
상기 마스크 본체의 외면에 형성되며, 적어도 1층의 증착층;을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 증착층은 마스크 본체의 제 1 면과, 상기 제 1 면과 반대되는 제 2 면에 다같이 형성된다.
일 실시예에 있어서, 상기 증착층의 소재는 상기 마스크 본체의 소재와 다르다.
일 실시예에 있어서, 상기 증착층은 상기 관통공이 형성된 마스크 본체의 내주벽에 더 형성된다.
일 실시예에 있어서, 상기 증착층은 적어도 1층의 금속층을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 증착층은 알루미늄층이나, 적층 구조의 알루미늄층 및 알루미늄 산화물층이나, 텅스텐층이나, 적층 구조의 텅스텐층 및 텅스텐 산화물층중 선택되는 어느 하나를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 증착층의 두께는 0.1 마이크로미터 내지 100 마이크로미터이다.
이상과 같이, 본 발명의 증착용 마스크와, 이를 제조하는 방법은 증착용 마스크의 수명을 연장할 수 있다.
본 발명의 효과는 상술한 내용 이외에도, 도면을 참조하여 이하에서 설명할 내용으로부터도 도출될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 디스플레이 장치가 펴진 것을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 플렉서블 디스플레이 장치가 휘어진 것을 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 디스플레이 장치의 일 서브 픽셀을 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 증착용 마스크를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 증착용 마스크를 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 장치를 도시한 구성도이다.
도 7a 내지 도 7d는 일 실시예에 따른 증착용 마스크의 표면 변화를 관찰한 사진이다.
도 8a 및 도 8b는 다른 실시예에 따른 증착용 마스크의 표면 변화를 관찰한 사진이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의하여 한정되어서는 안된다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, “포함한다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 따른 증착용 마스크와, 이를 제조하는 방법의 일 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 디스플레이 장치(100)가 펴진 것을 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 플렉서블 디스플레이 장치(100)가 휘어진 것을 도시한 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 플렉서블 디스플레이 장치(100)는 화상을 표시하는 플렉서블 디스플레이 패널(110)과, 상기 플렉서블 디스플레이 패널(100)을 수용하는 플렉서블 케이스(120)를 포함한다. 상기 플렉서블 디스플레이 패널(110)은 화면을 구현하기 위한 소자뿐만 아니라, 터치 스크린(touch screen), 편광판, 윈도우 커버 등 다양한 필름을 포함한다. 상기 플렉서블 디스플레이 장치(100)는 펼쳐진 상태나, 휘어진 상태 등 다양한 각도에서 화상을 감상할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 플렉서블 디스플레이 장치(100)는 유연성을 가지는 유기 발광 디스플레이 장치(organic light emitting display apparatus)를 예를 들어 설명하나, 액정 디스플레이 장치(liquid crystal display)나, 전계 방출 디스플레이(field emission display)나, 전자 종이 디스플레이(Electronic paper display) 등 다양한 플렉서블 디스플레이 장치일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 디스플레이 장치(300)의 일 서브 픽셀을 도시한 단면도이다.
여기서, 서브 픽셀들은 적어도 하나의 박막 트랜지스터(TFT)와, 유기 발광 소자(OLED)를 가질 수 있다. 상기 박막 트랜지스터는 반드시 도 3의 구조로만 가능한 것은 아니며, 그 수와 구조는 다양하게 변형가능하다.
도면을 참조하면, 상기 플렉서블 디스플레이 장치(300)는 플렉서블 기판(311)과, 상기 플렉서블 기판(311)과 마주보는 박막의 엔캡슐레이션(340)을 포함한다.
상기 플렉서블 기판(311)은 유연성을 가지는 절연성 소재로 형성될 수 있다.
상기 플렉서블 기판(311)은 폴리이미드(polyimide, PI)나, 폴리 카보네이트(polycarbonate, PC)나, 폴리 에테르 설폰(polyethersulphone, PES)이나, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET)나, 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylenenaphthalate, PEN)나, 폴리아릴레이트(polyarylate, PAR)나, 유리섬유 강화플라스틱(fiber glass reinforced plastic, FRP) 등의 고분자 기판일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 플렉서블 기판(311)은 휘어질 수 있는 두께를 가지는 글래스 기판일 수 있다.
상기 플렉서블 기판(311)은 투명하거나, 반투명하거나, 불투명할 수 있다.
상기 플렉서블 기판(311) 상에는 배리어막(312)이 형성될 수 있다. 상기 배리어막(312)은 상기 플렉서블 기판(311)의 윗면을 전체적으로 덮을 수 있다.
상기 배리어막(312)은 실리콘 옥사이드(SiOx), 실리콘 나이트라이드(SiNx), 실리콘 옥시나이트라이드(SiOxNy), 알루미늄 옥사이드(AlOx), 알루미늄나이트라이드(AlOxNy) 등의 무기물이나, 아크릴, 폴리이미드, 폴리에스테르 등의 유기물 중에서 선택된 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 배리어막(312)은 단일막, 또는, 다층막으로 형성될 수 있다.
상기 배리어막(312)은 산소와 수분을 차단하고, 플렉서블 기판(311)의 윗면을 평탄하게 한다.
상기 배리어막(312) 상에는 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)가 형성될 수 있다. 본 실시예에 있어서, 박막 트랜지스터는 탑 게이트 트랜지스터(top gate transistor)를 설명하나, 바텀 게이트 트랜지스터(bottom gate transistor) 등 다른 구조의 박막 트랜지스터가 구비될 수 있다.
상기 배리어막(312) 상에는 반도체 활성층(313)이 형성될 수 있다.
상기 반도체 활성층(313)은 N형 불순물 이온이나, P형 불순물 이온을 도핑하는 것에 의하여 소스 영역(314)과, 드레인 영역(315)을 포함한다. 상기 소스 영역(314)과, 드레인 영역(315) 사이는 불순물이 도핑되지 않는 채널 영역(316)이다.
상기 반도체 활성층(313)은 비정질 실리콘(amorphous silicon)이나, 폴리 실리콘(poly silicon)과 같은 무기 반도체나, 유기 반도체로 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 반도체 활성층(313)은 산화물 반도체로 형성될 수 있다. 예컨대, 산화물 반도체는 아연(Zn), 인듐(In), 갈륨(Ga), 주석(Sn), 카드뮴(Cd), 게르마늄(Ge), 하프늄(Hf)과 같은 4, 12, 13, 14족 금속 원소 및 이들의 조합에서 선택된 물질의 산화물을 포함한다.
상기 반도체 활성층(313) 상에는 게이터 절연막(317)이 증착될 수 있다. 상기 게이트 절연막(317)은 실리콘 옥사이드나, 실리콘 나이트라이드나, 금속 산화물과 같은 무기막으로 형성될 수 있다. 상기 게이트 절연막(317)은 단일층, 또는, 다층막일 수 있다.
상기 게이트 절연막(317) 상에는 게이트 전극(318)이 형성될 수 있다. 상기 게이트 전극(318)은 Au, Ag, Cu, Ni, Pt, Pd, Al, Mo, Cr 등의 단일막, 또는, 다층막을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 상기 게이트 전극(318)은 Al:Nd, Mo:W 와 같은 합금을 포함한다.
상기 게이트 전극(318) 상에는 층간 절연막(319)이 형성될 수 있다. 상기 층간 절연막(319)은 실리콘 옥사이드나, 실리콘 나이트라이드 등과 같은 무기물로 형성될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 층간 절연막(319)은 유기물을 포함한다.
상기 층간 절연막(319) 상에는 소스 전극(320)과, 드레인 전극(321)이 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 게이트 절연막(317) 및 층간 절연막(319)에는 이들을 선택적으로 제거하여서 콘택 홀이 형성되고, 콘택 홀을 통하여 소스 영역(314)에 대하여 소스 전극(320)이 전기적으로 연결되고, 드레인 영역(315)에 대하여 드레인 전극(321)이 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 소스 전극(320)과, 드레인 전극(321) 상에는 패시베이션막(322)이 형성될 수 있다. 상기 패시베이션막(322)은 실리콘 옥사이드나, 실리콘 나이트라이드와 같은 무기물, 또는, 유기물로 형성될 수 있다.
상기 패시베이션막(322) 상에는 평탄화막(323)이 형성될 수 있다. 상기 평탄화막(323)은 아크릴(acryl), 폴리이미드(polyimide), BCB(Benzocyclobutene) 등의 유기물을 포함한다.
상기 패시베이션막(322)과, 평탄화막(323)중 어느 하나는 생략할 수 있다.
상기 박막 트랜지스터는 유기 발광 소자(organic light emitting display device, OLED)와 전기적으로 연결될 수 있다.
유기 발광 소자(OLED)는 상기 평탄화막(323) 상에 형성될 수 있다. 상기 유기 발광 소자(OLED)는 제 1 전극(325), 중간층(326), 및 제 2 전극(327)을 포함한다.
제 1 전극(325)은 애노우드로 기능하며, 다양한 도전성 소재로 형성할 수 있다. 상기 제 1 전극(325)은 투명 전극, 또는, 반사형 전극을 포함한다. 이를테면, 상기 제 1 전극(325)이 투명 전극으로 사용시, 상기 제 1 전극(325)은 ITO, IZO, ZnO, In2O3 등의 투명 도전막을 포함한다. 상기 제 1 전극(325)이 반사형 전극으로 사용시, 상기 제 1 전극(325)은 Ag, Mg, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr 및 이들의 화합물로 반사막을 형성하고, 그때, 상기 반사막의 상부에 ITO, IZO, ZnO, In2O3 등의 투명 도전막을 형성할 수 있다.
상기 픽셀 정의막(324)은 상기 평탄화막(323)과 제 1 전극(325)의 일부를 덮는다. 상기 픽셀 정의막(324)은 상기 제 1 전극(325)의 가장자리를 둘러싸는 것에 의하여 각 서브 픽셀의 발광 영역을 한정한다. 상기 제 1 전극(325)은 서브 픽셀마다 패터닝될 수있다.
상기 픽셀 정의막(324)은 유기막, 또는, 무기막으로 형성될 수 있다. 이를테면, 상기 픽셀 정의막(324)은 폴리이미드, 폴리아마이드, 벤조사이클로부텐, 아크릴 수지, 페놀 수지 등과 같은 유기물이나, 실리콘 나이트라이드와 같은 무기물로 형성할 수 있다.
상기 픽셀 정의막(324)은 단일막, 또는, 다중막일 수 있다.
상기 제 1 전극(325) 상에는 상기 픽셀 정의막(324)의 일부를 에칭하여 노출되는 영역에 중간층(326)이 형성될 수 있다. 본 실시예에 있어서, 상기 중간층(326)은 증착 공정에 의하여 형성될 수 있다.
상기 중간층(326)은 유기 발광층을 구비할 수 있다. 선택적인 다른 예로서, 상기 중간층(326)은 유기 발광층(emissive layer)을 구비하고, 그 외에 정공 주입층(hole injection layer, HIL), 정공 수송층(hole transport layer, HTL), 전자 수송층(electron transport layer, ETL), 전자 주입층(electron injection layer, EIL)중 적어도 어느 하나를 더 구비할 수 있다. 본 실시예에서는 이에 한정되지 않고, 상기 중간층(326)이 유기 발광층을 구비하고, 기타 다양한 기능층을 더 구비할 수 있다.
상기 제 1 전극(325)과, 제 2 전극(327)에서 주입되는 정공과 전자는 유기 발광층에서 결합되면서 소망하는 색상의 빛을 발생시킬 수 있다.
상기 제 2 전극(327)은 상기 중간층(326) 상에 형성될 수 있다.
상기 제 2 전극(327)은 캐소우드로 기능할 수 있다. 상기 제 2 전극(327)은 투명 전극, 또는, 반사형 전극을 포함한다. 예컨대, 상기 제 2 전극(327)이 투명 전극으로 사용시, 상기 제 2 전극(327)은 일 함수가 작은 금속인 Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Al, Mg 및 이들의 화합물이 상기 중간층(326) 상에 증착되고, 그때, 금속 및 이들의 화합물 상에 ITO, IZO, ZnO, In2O3 등의 투명 도전막이 형성될 수 있다. 상기 제 2 전극(327)이 반사형 전극으로 사용시, 상기 제 2 전극(327)은 Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Al, Mg 및 이들의 화합물로 형성할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제 1 전극(325)은 애노우드로, 상기 제 2 전극(327)은 캐소우드로 기능할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 제 1 전극(325)이 캐소우드로, 상기 제 2 전극(327)이 애노우드로 기능할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 플렉서블 기판(311) 상에는 복수의 서브 픽셀을 형성할 수 있으며, 각 서브 픽셀별로 적색, 녹색, 청색, 또는, 백색의 색을 구현할 수 있다. 그러나, 본 개시는 이에 한정되지 않는다.
일 실시예에 있어서, 상기 중간층(326)은 서브 픽셀의 위치에 관계없이 제 1 전극(325)에 공통적으로 형성될 수 있다. 이때, 유기 발광층은 적색, 녹색, 및 청색의 빛을 방출하는 발광 물질을 포함하는 층이 수직으로 적층되거나, 적색, 녹색, 및 청색의 빛을 방출하는 발광 물질이 혼합되어 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 백색광을 방출할 수 있다면, 다른 색의 조합이 가능함은 물론이다. 방출된 백색광을 소정의 컬러로 변환하는 색변환층이나, 컬러 필터를 더 구비할 수 있다.
상기 엔캡슐레이션(340)은 외부의 수분이나 산소 등으로부터 유기 발광 소자(OLED)를 보호하기 위하여 형성될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 엔캡슐레이션(340)은 유기 발광 소자(OLED) 상에 무기막(341)과 유기막(342)이 교대로 적층할 수 있다.
예컨대, 상기 엔캡슐레이션(340)은 적어도 하나의 무기막(341)과, 적어도 하나의 유기막(342)이 적층된 구조일 수 있다. 상기 무기막(341)은 제 1 무기막(343), 제 2 무기막(344), 제 3 무기막(345)을 포함한다. 상기 유기막(342)은 제 1 유기막(346) 및 제 2 유기막(347)을 포함한다.
상기 무기막(341)은 실리콘 옥사이드(SiO2), 실리콘 나이트 라이드(SiNx), 알루미늄 옥사이드(Al2O3), 티타늄 옥사이드(TiO2), 지르코늄 옥사이드(ZrOx), 징크 옥사이드(ZnO) 중에서 선택된 어느 하나로 형성될 수 있다. 상기 유기막(342)은 에폭시, 폴리이미드, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌, 폴리아크릴레이트 중에서 선택된 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 엔캡슐레이션(340)은 플라즈마-강화 화학 기상 증착(plasma-enhanced chemical vapor deposition, PECVD)법에 의하여 형성될 수 있다.
구체적으로, 증착 챔버 내에 기판을 설치하여 증착하게 된다. 플라즈마-강화 화학 기상 증착 공정법은 기판 상에 증착용 마스크를 장착할 수 있다. 상기 증착용 마스크는 수회의 증착 공정을 수행한 다음에 재활용을 위하여 세정 공정을 수행하게 된다. 세정 공정시, 증착용 마스크는 삼불화질소(NF3) 가스를 이용하게 된다. 증착용 마스크는 시간의 경과에 따라 플로린(fluorine)에 반응하여, 증착용 마스크의 표면 및 가장자리에서 부식이 발생할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 내부식(anti-corrosion) 특성을 향상시키기 의하여 증착용 마스크에는 적어도 1층의 증착층이 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 증착용 마스크(400)를 도시한 단면도이다.
도면을 참조하면, 상기 증착용 마스크(400)는 마스크 본체(401)와, 증착층(402)을 포함한다.
상기 마스크 본체(401)는 증착시키고자 하는 기판과 마주보는 제 1 면(403)과, 상기 제 1 면(403)과 반대되는 제 2 면(404)을 포함한다. 상기 마스크 본체(401)에는 복수의 관통공(405)이 형성될 수 있다. 상기 관통공(405)의 형상은 디스플레이 장치에 형성되는 박막의 패턴과 동일할 수 있다.
제조의 편의상, 디스플레이 장치는 원장 기판(mother substrate)을 이용하고, 동시에 복수의 디스플레이 장치를 제조할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 관통공(405)의 패턴은 원장 기판 상에 복수개 형성되는 엔캡슐레이션(도 3의 340)의 무기막(341)의 패턴과 동일할 수 있다.
상기 마스크 본체(401)는 높은 내구성과, 강도를 가지는 금속 플레이트로 형성될 수 있다. 상기 마스크 본체(401)는 자성체일 수 있다. 본 실시예에 있어서, 상기 마스크 본체(401)는 SUS나, 인바(invar)나, 니켈 합금등 다양한 금속일 수 있다.
상기 증착층(402)은 상기 마스크 본체의 외면에 형성된 적어도 1층으로 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 증착층(402)은 상기 마스크 본체(401)의 제 1 면(403) 상에 증착되는 제 1 부분(406)과, 상기 마스크 본체(401)의 제 2 면(404) 상에 형성되는 제 2 부분(407)을 포함한다. 상기 관통공(405)이 형성된 마스크 본체(401)의 내주벽(409)에는 제 3 부분(408)이 더 형성될 수 있다. 상기 제 1 부분(406), 제 2 부분(407), 및 제 3 부분(408)은 일체로 형성될 수 있다.
상기 증착층(402)은 다양한 방식으로 상기 마스크 본체(401)의 외면에 형성될 수 있다. 본 실시예에 있어서, 상기 증착층(402)은 고속 및 고밀도 마그네트론 스퍼터링법에 의하여 형성될 수 있다. 고속 및 고밀도 마스네트론 스퍼터링법은 마스크 본체(401)와 증착층(402) 사이의 접착성을 향상시킬 수 있고, 증착층(402)에 발생되는 응력을 용이하게 제어할 수 있다.
상기 증착층(402)의 소재는 상기 마스크 본체(401)의 소재와 다를 수 있다. 상기 증착층(402)은 적어도 1층의 금속층을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 상기 증착층(402)은 알루미늄층이나, 텅스텐층을 포함한다.
상기 증착층(402)의 두께는 0.1 마이크로미터 내지 100 마이크로미터일 수 있다. 상기 증착층(402)의 두께가 0.1 마이크로미터보다 작을 경우, 상기 마스크(400)의 수명 연장에 효과가 없다. 상기 증착층(402)의 두께가 100 마이크로미터보다 클 경우, 상기 마스크(400)의 정밀도가 저하될 수 있다.
상기 증착층(402)은 2층 이상의 구조일 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 증착용 마스크(500)는 마스크 본체(501)와, 증착층(502)을 포함한다.
상기 마스크 본체(501)에는 복수의 관통공(505)이 형성될 수 있다.
상기 증착층(502)은 제 1 증착층(506)과, 상기 제 1 증착층(506) 상에 형성되는 제 2 증착층(507)을 포함한다. 상기 제 1 증착층(506)은 마스크 본체(501)의 제 1 면(503)과, 제 1 면(503)과 반대되는 제 2 면(405)과, 상기 관통공(505)이 형성된 마스크 본체(501)의 내주벽(509)에 직접적으로 코팅될 수 있다. 상기 제 2 증착층(507)은 상기 제 1 증착층(506)의 외면에 증착될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제 1 증착층(506)은 알루미늄층이나, 텅스텐층을 포함한다. 상기 제 2 증착층(507)은 알루미늄 옥사이드(Al2O3)와 같은 알루미늄 산화물층이나, 텅스텐 옥사이드(WOx)와 같은 텅스텐 산화물층을 포함한다.
상기 증착층(502)의 두께는 0.1 마이크로미터 내지 100 마이크로미터일 수 있다.
상기와 같은 증착층은 스퍼터링 장치에 의하여 마스크 상에 증착될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치(600)를 도시한 것이다.
도면을 참조하면, 상기 스퍼터링 장치(600)에는 증착 공간을 제공하는 챔버(601)가 마련되어 있다. 상기 챔버(601)는 증착하고자 하는 물질의 안정적인 증착을 위하여 진공 챔버일 수 있다.
상기 챔버(601) 내부에는 복수의 스퍼터링 타겟(602)(603)이 설치될 수 있다. 상기 스퍼터링 타겟(602)(603)은 제 1 스퍼터링 타겟(602)과, 상기 제 1 스퍼터링 타겟(602)과 대향되게 배치된 제 2 스퍼터링 타겟(603)을 포함한다. 본 실시예에 있어서, 상기 제 1 스퍼터링 타겟(602)과, 제 2 스퍼터링 타겟(603)은 각각 복수개 설치될 수 있다.
상기 제 1 스퍼터링 타겟(602)과, 제 2 스퍼터링 타겟(603)은 원통 형상일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 제 1 스퍼터링 타겟(602)과, 제 2 스퍼터링 타겟(603)은 사각 형상일 수 있다.
상기 제 1 스퍼터링 타겟(602)과, 제 2 스퍼터링 타겟(603)은 마스크(606) 상에 증착시키고자 하는 증착층 물질을 포함한다.
상기 제 1 스퍼터링 타겟(602) 내에는 제 1 마그네트 유니트(604)가 설치되고, 상기 제 2 스퍼터링 타겟(603) 내에는 제 2 마그네트 유니트(605)가 설치될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 제 1 마그네트 유니트(604) 및 제 2 마그네트 유니트(605)는 상기 제 1 스퍼터링 타겟(602) 및 제 2 스퍼터링 타겟(603)의 배면에 각각 설치될 수 있다.
상기 제 1 마그네트 유니트(604)와, 제 2 마그네트 유니트(605)는 영구 자석이나, 전자석일 수 있다.
도시되어 있지 않지만, 상기 제 1 스퍼터링 타겟(602)과, 제 2 스퍼터링 타겟(603)은 타겟 홀더에 결합된 타겟 회전 장치에 의하여 서로 반대 방향으로 회전할 수 있다. 예컨대, 상기 제 1 스퍼터링 타겟(602)이 시계 방향으로 회전할 경우, 상기 제 2 스퍼터링 타겟(603)은 반시계 방향으로 회전할 수 있다. 상기 제 1 스퍼터링 타겟(602)과, 제 2 스퍼터링 타겟(603)의 회전 방향은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예에 있어서, 상기 제 1 스퍼터링 타겟(602)과, 제 2 스퍼터링 타겟(603) 내에는 상기 제 1 마그네트 유니트(604)와, 제 2 마그네트 유니트(605)를 소정 각도 회전시킬 수 있는 각도 조절 장치나, 상기 제 1 마그네트 유니트(604)와, 제 2 마그네트 유니트(605)의 자기장을 집중시킬 수 있는 요오크가 설치될 수 있는등 다양한 장치가 조합될 수 있다.
상기 제 1 스퍼터링 타겟(602)과, 제 2 스퍼터링 타겟(603)에는 전원을 공급하는 전원부(607)가 연결될 수 있다. 상기 전원부(607)에는 펄스 직류(pulsed DC) 전압이 인가될 수 있다. 예를 들면, 양극은 상기 챔버(601)에 접속되고, 음극은 상기 제 1 스퍼터링 타겟(602)과, 제 2 스퍼터링 타겟(603)에 접속될 수 있다.
상기 전원부(607)는 상기 제 1 스퍼터링 타겟(602)과, 제 2 스퍼터링 타겟(603)에 방전 전극을 분배하여 공급할 수 있도록 하나만 구비되거나, 상기 제 1 스퍼터링 타겟(602)과, 제 2 스퍼터링 타겟(603)에 방전 전극을 각각 공급할 수 있도록 복수개 구비될 수 있다.
상기 챔버(601) 내부에는 상기 제 1 스퍼터링 타겟(602)과, 제 2 스퍼터링 타겟(603)로부터 스퍼터링된 입자가 증착되는 마스크(606)가 배치될 수 있다. 상기 마스크(606)는 상기 제 1 스퍼터링 타겟(602)과, 제 2 스퍼터링 타겟(603) 사이에 배치될 수 있다. 상기 마스크(606)는 상기 챔버(601) 내의 수평 방향으로 배치된 상기 제 1 스퍼터링 타겟(602)과, 제 2 스퍼터링 타겟(603)이 배열되는 방향에 대하여 수직하게 배치될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 마스크(606)는 상기 제 1 스퍼터링 타겟(602)과, 제 2 스퍼터링 타겟(603) 사이에 배치되나, 상기 마스크(606)는 상기 제 1 스퍼터링 타겟(602)과, 제 2 스퍼터링 타겟(603)의 상부나, 하부에 배치될 수 있는등 어느 하나의 위치에 한정되는 것은 아니다.
상기 마스크(606)는 마스크 홀더(608)에 장착될 수 있다. 상기 마스크(606)는 상기 마스크 홀더(608)에 착탈 가능하다. 상기 마스크(606)가 장착된 마스크 홀더(608)는 구동 모우터(609)의 구동력에 의하여 좌우로 이동할 수 있다.
한편, 상기 챔버(601)의 일측에는 상기 챔버(601)를 진공으로 형성하기 위한 진공 펌프(610)와, 상기 챔버(601) 내로 가스를 공급하기 위한 가스 공급부(611)가 연결될 수 있다. 상기 가스 공급부(611)를 통하여 아르곤(Ar) 등의 스퍼터링 가스와, 산소(O2) 등의 반응성 가스가 공급될 수 있다.
상기와 같은 구조를 가지는 스퍼터링 장치(600)를 이용한 성막 공정을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 챔버(601) 내에 마스크(606)를 설치하게 된다. 마스크(606)는 마스크 홀더(608)에 장착된다. 상기 마스크 홀더(608)는 구동 모우터(609)의 구동력에 의하여 좌우로 이동할 수 있다. 상기 챔버(601)는 진공 펌프(610)를 이용하여 진공 상태로 만들게 된다.
다음으로, 증착용 물질을 포함하는 제 1 스퍼터링 타겟(602)과, 제 2 스퍼터링 타겟(603)에 전원을 인가하여 방전을 유도하게 된다. 상기 증착용 물질은 알루미늄일 수 있다.
구체적으로, 상기 제 1 스퍼터링 타겟(602)과, 제 2 스퍼터링 타겟(603)을 회전시키게 된다. 상기 제 1 스퍼터링 타겟(602)은 시계 방향으로 회전하고, 상기 제 2 스퍼터링 타겟(603)은 반시계 방향으로 회전한다. 제 1 스퍼터링 타겟(602)과, 제 2 스퍼터링 타겟(603)을 회전시키면서, 상기 가스 공급부(611)를 통하여 상기 챔버(601) 내로 가스를 공급하게 된다. 상기 가스는 불활성 가스인 아르곤(Ar)일 수 있다.
이어서, 상기 제 1 스퍼터링 타겟(602)과, 제 2 스퍼터링 타겟(603)에는 전원부(607)를 통하여 음전압을 인가하여서, 스퍼터링 가스의 글로우 방전을 유도하게 된다.
상기 제 1 스퍼터링 타겟(602)과, 제 2 스퍼터링 타겟(603)에는 서로 다른 크기의 전압을 인가할 수 있다. 상기 제 1 스퍼터링 타겟(602)과, 제 2 스퍼터링 타겟(603)은 각각 복수개 설치되어 있다. 각각의 제 1 스퍼터링 타겟(602)과, 각각의 제 2 스퍼터링 타겟(603)에는 서로 다른 크기의 펄스 직류 전압을 인가하게 된다. 각 제 1 스퍼터링 타겟(602)과, 제 2 스퍼터링 타겟(603)에는 동시에 펄스 직류 전압을 인가할 수 있다. 인가되는 펄스 직류 전압은 300V 내지 500V 일 수 있다. 예컨대, 한 쌍의 스퍼터링 타겟(602)(603)에는 380V를 인가하며, 이와 이웃한 다른 한 쌍의 스퍼터링 타겟(602)(603)에는 420V를 인가할 수 있다. 상기 펄스 직류 전압이 300V 내지 500V 범위를 초과하면, 증착층(606)의 형성이 용이하지 않다.
글로우 방전에 의하여 발생되는 플라즈마는 상기 제 1 마그네트 유니트(604)와, 제 2 마그네트 유니트(605)에 의하여 형성되는 자기장에 의하여 제 1 스퍼터링 타겟(602)과, 제 2 스퍼터링 타겟(603) 사이에 집중하게 된다.
양으로 이온화된 아르곤 가스는 음으로 대전된 제 1 스퍼터링 타겟(602)과, 제 2 스퍼터링 타겟(603)에 충돌하면서 타겟 원자들이나 원자 클러스터들이 상기 제 1 스퍼터링 타겟(602)과, 제 2 스퍼터링 타겟(603)으로부터 스퍼터링된다. 상기 제 1 스퍼터링 타겟(602)과, 제 2 스퍼터링 타겟(603)으로부터 스퍼터링된 입자는 증기 상(vapor phase)으로 방출된다. 입자는 상기 제 1 스퍼터링 타겟(602)과, 제 2 스퍼터링 타겟(603) 사이의 공간에 구속되어 상기 마스크(606) 상에 증착될 수 있다.
한편, 상기 챔버(601) 내의 온도는 150℃ 이하일 수 있다. 상기 챔버(601)의 온도가 150℃보다 클 경우, 상기 마스크(606)의 변형이 발생할 수 있다.
상기와 같은 스퍼터링 공정에 의하여 상기 마스크(606)의 외면에는 증착층(601)을 형성할 수 있다.
이처럼, 이웃하게 배열된 한 쌍의 스퍼터링 타겟(602)(603)과 다른 한 쌍의 스퍼터링 타겟(602)(603) 사이에 서로 다른 크기의 펄스 직류 전압이 인가되면, 전압 차이로 인하여 플라즈마 조건이 달라질 수 있다. 이로 인하여, 상기 증착층(601)은 압축 잔류 응력과 인장 잔류 응력이 서로 복합적으로 조합되어서 잔류 응력값을 최소화시키면서 상기 마스크(606) 상에 증착시킬 수 있다. 따라서, 상기 마스크(606)에 대한 증착층(612)의 박리(peeling)이나, 크랙(crack)이 발생하지 않는다.
도 7a 내지 도 7b는 시간의 경과에 따른 마스크의 표면 변화를 관찰한 사진이다.
도 7a의 마스크는 비교예에 따른 증착층이 형성되지 않은 마스크이다. 마스크는 SUS로 형성된다.
도 7b의 마스크는 실시예에 따른 증착층이 형성된 마스크이다. 마스크는 SUS로 형성된다. 증착층은 고속 및 고밀도 마그네트론 스퍼터링법에 의하여 마스크 상에 형성된다. 상기 증착층은 알루미늄층을 포함하며, 5 마이크로미터의 두께로 증착된다.
도 7a의 마스크 및 도 7b의 마스크는 세정 공정동안 삼불화질소(NF3) 가스에 노출되기 이전의 상태로서, 도 7a의 마스크 및 도 7b의 마스크는 모두 표면 부식이 발생하지 않는다.
도 7c의 마스크는 도 7a의 마스크가 세정 공정동안 삼불화질소(NF3) 가스에 25시간 노출된 상태이다. 도 7d의 마스크는 도 7b의 마스크가 세정 공정동안 삼불화질소(NF3) 가스에 25시간 노출된 상태이다.
도 7c의 마스크를 참조하면, 마스크를 삼불화질소(NF3) 가스에 노출시키면, 시간의 경과에 따라서 마스크의 표면 부식이 발생함을 알 수 있다. 반면에, 도 7d의 마스크를 참조하면, 마스크를 삼불화질소(NF3) 가스에 장시간 노출되더라도 마스크의 표면 부식이 발생하지 않음을 알 수 있다.
이처럼, 마스크의 외면에 스퍼터링법에 의하여 증착층을 증착하게 되면, 수명이 최소 5배 이상 증가하게 된다.
도 8a 및 도 8b는 시간의 경과에 따른 마스크의 표면 변화를 관찰한 사진이다.
도 8a의 마스크는 실시예에 따른 증착층이 형성된 마스크로서, 세정 공정동안 삼불화질소(NF3) 가스에 노출되기 이전의 상태이다. 도 8b의 마스크는 도 8a의 마스크가 세정 공정동안 삼불화질소(NF3) 가스에 25시간 노출된 상태이다.
도 8a 및 도 8b의 마스크는 SUS로 형성된다. 마스크 상에는 고속 및 고밀도 마그네트론 스퍼터링법에 의하여 증착층이 형성된다. 상기 증착층은 2층 구조로서, 알루미늄층과, 상기 알루미늄층과 적층되는 알루미늄 산화층을 포함한다. 알루미늄층은 1 마이크로미터의 두께이고, 알루미늄 산화층은 0.5 마이크로미터의 두께로 증착된다.
도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 마스크의 외면에 스퍼터링법에 의하여 증착층이 형성되면, 시간이 경과하더라도 마스크의 데미지가 발생하지 않는다. 따라서, 마스크의 수명을 연장할 수 있다.
600...스퍼터링 장치 601...챔버
602...제 1 스퍼터링 타겟 603...제 2 스퍼터링 타겟
604...제 1 마그네트 유니트 605...제 2 마그네트 유니트
606...마스크 607...전원부
608...마스크 홀더 609...구동 모우터
610...진공 펌프 611...가스 공급부

Claims (16)

  1. 챔버 내에 증착용 마스크를 설치하는 단계;
    증착용 물질을 포함하는 스퍼터링 타겟에 전원을 인가하여 방전을 유도하는 단계; 및
    복수의 마그네트 유니트 사이에 자기장을 형성하여 상기 스퍼터링 타겟에서 스퍼터링된 입자를 상기 증착용 마스크에 증착시키는 단계;를 포함하고,
    상기 스퍼터링 타겟에는 서로 다른 크기의 전압을 인가하며,
    상기 증착용 마스크에는 적어도 1층의 증착층이 형성되고,
    상기 증착층은,
    상기 증착용 마스크 상에 증착되는 알루미늄층이나, 적층 구조의 알루미늄층 및 알루미늄 산화물층이나, 텅스텐층이나, 적층 구조의 텅스텐층 및 텅스텐 산화물층 중 선택되는 어느 하나를 포함하는 증착용 마스크를 제조하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스퍼터링 타겟은 복수개 배열되고,
    각각의 스퍼터링 타겟에는 서로 다른 크기의 펄스 직류 전압을 인가하는 증착용 마스크를 제조하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    각 스퍼터링 타겟에는 동시에 펄스 직류 전압이 인가되는 증착용 마스크를 제조하는 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 펄스 직류 전압은 300V 내지 500V인 증착용 마스크를 제조하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버 내의 온도는 150℃ 이하인 증착용 마스크를 제조하는 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 증착층은 0.1 마이크로미터 내지 100 마이크로미터로 증착되는 증착용 마스크를 제조하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 증착층은 증착용 마스크의 제 1 면과, 상기 마스크의 제 1 면과 반대되는 제 2 면에 걸쳐서 형성되는 증착용 마스크를 제조하는 방법.
  10. 복수의 관통공이 형성된 마스크 본체; 및
    상기 마스크 본체의 외면에 형성되며, 적어도 1층의 증착층;을 포함하고,
    상기 증착층은 적어도 1층의 금속층을 포함하고,
    상기 증착층은 알루미늄층이나, 적층 구조의 알루미늄층 및 알루미늄 산화물층이나, 텅스텐층이나, 적층 구조의 텅스텐층 및 텅스텐 산화물층 중 선택되는 어느 하나를 포함하는 증착용 마스크.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 증착층은 마스크 본체의 제 1 면과, 상기 제 1 면과 반대되는 제 2 면에 다같이 형성된 증착용 마스크.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 증착층의 소재는 상기 마스크 본체의 소재와 다른 증착용 마스크.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 증착층은 상기 관통공이 형성된 마스크 본체의 내주벽에 더 형성된 증착용 마스크.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 증착층의 두께는 0.1 마이크로미터 내지 100 마이크로미터인 증착용 마스크.
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