KR102289723B1 - 대면적 디스플레이용 미세 금속 마스크 제작을 위한 복수의 포토 마스크 정렬장치 및 정렬방법 - Google Patents

대면적 디스플레이용 미세 금속 마스크 제작을 위한 복수의 포토 마스크 정렬장치 및 정렬방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 대면적 디스플레이용 미세 금속 마스크 제작을 위한 복수의 포토 마스크 정렬장치 및 정렬방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 정렬 기준점이 적어도 두 개 형성되며, 상기 정렬 기준점은 정렬 마크와 중첩되도록 위치되는 정렬 기준부; 및 상기 정렬 기준부와 정렬 마크의 중첩 상태를 촬영할 수 있는 위치에 장착되는 촬영 장치;를 포함하되, 상기 정렬 기준점 중 적어도 하나는 복수의 포토 마스크 중 제1포토 마스크에 형성된 정렬 마크에 중첩되고, 나머지는 제1포토 마스크에 인접하여 정렬된 제2포토 마스크에 형성된 정렬 마크에 중첩되는 것을 특징으로 하는 대면적 디스플레이용 미세 금속 마스크 제작을 위한 복수의 포토 마스크 정렬장치를 제공한다.

Description

대면적 디스플레이용 미세 금속 마스크 제작을 위한 복수의 포토 마스크 정렬장치 및 정렬방법{Multiple photomask aligner which can manufacture fine metal mask for large scaled display and the alligning method of the same}
본 발명은 대면적 디스플레이용 미세 금속 마스크 제작을 위한 복수의 포토 마스크 정렬장치 및 정렬방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 8세대 대면적 디스플레이 제작용 미세 금속 마스크(fine metal mask)를 용이하게 제작하기 위하여, 복수의 포토 마스크 원자재 또는 복수의 포토 마스크를 연결하여 사용함으로써 8세대의 확장된 유효부를 갖는 미세 금속 마스크를 제작할 수 있도록 한 것이다. 이로써, 6.5세대 디스플레이 제작용 미세 금속 마스크에 비하여 길이가 연장된 유효부를 갖는 미세 금속 마스크를 제작함에 있어서 생산의 효율성을 기할 수 있을 뿐 아니라, 기존의 6.5세대용 미세 금속 마스크 제조용 노광장비를 그대로 활용할 수 있다.
디스플레이 산업발전 과정에서 '대형화'는 새로운 시장을 창출하고 규모를 확대해 지속 성장하는 토대가 되어왔다. 대형화는 대면적 디스플레이 패널 생산라인 구축 및 생산 패널 인치의 확대를 의미한다. 디스플레이 업체들은 대면적 라인을 구축, 생산성을 높이고 더 저렴한 원가로 대형 패널을 생산하는데 많은 노력을 기울이고 있다.
디스플레이 패널에 OLED 소자를 증착하기 위한 핵심 부품이 미세 금속 마스크(Fine metal mask)인데, 기존의 6.5세대 OLED 화소 증착용 미세 금속 마스크로는 더 이상 대면적화되는 디스플레이 패널의 트렌드를 따라잡기 어려운 상황에 놓여 있다. 따라서, 8세대 OLED 화소 증착용 미세 금속 마스크(이하에서는 "8세대 마스크"로 약칭함)의 개발이 필요한 실정이다.
미세 금속 마스크는 화소가 증착되도록 패턴이 형성된 영역인 유효부와 화소를 증착하는 과정에서 미세 금속 마스크를 패널 위에 안착시키도록 하기 위하여 마스크 고정 역할을 하도록 상기 유효부의 양단에 형성된 그립부로 구성된다.
다만, 6.5세대 마스크는 유효부의 길이가 1100mm인 반면, 8세대 마스크는 유효부의 길이가 2200mm이며, 여기에 그립부의 길이까지 고려하면 2600mm에 달하여, 최장 2400mm의 길이까지 노광이 가능한 기존의 노광기로써 8세대 마스크를 제작하기 어려운 문제점이 있다.
또한, 8세대 마스크의 생산에 적합한 노광기를 제작하기 위해서는 많은 자본이 소요되는 만큼 높은 시장 가격의 형성이 예상되며, 따라서 새로운 노광기의 도입에 따른 부담이 가중되는 문제점도 존재한다.
아울러, 8세대 마스크를 제작하기 위하여 사용되는 포토 마스크는 2개 또는 그 이상의 갯수를 합지하는 형태인 바, 각각 선가공된 포토 마스크 2개를 합지하는 과정에서 2개의 포토 마스크간 정렬의 연속성이나 정합성이 확보되지 못할 가능성이 높으며, 이와 같이 정렬의 연속성이나 정합성이 확보되지 못한 경우에는 화소 형성과정에서 화소 불량이 발생되고, 불량화소로 인하여 디스플레이의 해상도가 나빠지는 문제점이 발생될 수 있다. 따라서, 8세대 마스크를 제작하기 위한 새로운 공정기술 개발이 요망된다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 복수의 포토 마스크를 높은 정확도로 정렬함으로써, 높은 정렬도를 갖는 8세대 대면적 디스플레이 제조용 미세 금속 마스크를 제조하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 기존의 노광기를 그대로 활용할 수 있도록 포토 마스크 정렬장치와 정렬방법을 새로이 제시함으로써, 8세대 대면적 디스플레이 제조용 미세 금속 마스크를 제조할 때, 새로운 노광기의 개발 필요성을 해소하고 통상의 노광기 활용도를 극대화할 수 있도록 하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 복수의 포토 마스크를 정렬함에 있어서 기존의 노광기 상에서 포토 마스크들을 정밀하게 정렬할 수 있도록, 간이한 정렬 검사 장치를 구성하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여, 정렬 기준점이 적어도 두 개 형성되며, 상기 정렬 기준점은 정렬 마크와 중첩되도록 위치되는 정렬 기준부; 및 상기 정렬 기준부와 정렬 마크의 중첩 상태를 촬영할 수 있는 위치에 장착되는 촬영 장치;를 포함하되, 상기 정렬 기준점 중 적어도 하나는 복수의 포토 마스크 중 제1포토 마스크에 형성된 정렬 마크에 중첩되고, 나머지는 제1포토 마스크에 인접하여 정렬된 제2포토 마스크에 형성된 정렬 마크에 중첩되는 것을 특징으로 하는 대면적 디스플레이용 미세 금속 마스크 제작을 위한 복수의 포토 마스크 정렬장치를 제공한다.
상기 정렬 시스템은 상기 포토 마스크의 상부 또는 하부에 위치되며, 이동가능하게 구성되는 것이 바람직하다.
상기 촬영 장치는 상기 정렬 기준점의 갯수만큼 구비되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 전술한 정렬장치에 의하여 수행되며, 포토 마스크 상에 적어도 1개의 정렬 마크를 생성하는 제1단계; 상기 정렬 마크가 생성된 적어도 두 개의 포토 마스크들을 노광기의 포토 마스크 장착 프레임에 1차 정렬하여 장착하는 제2단계; 상기 장착된 포토 마스크간 정렬 마크의 위치를 확인하는 제3단계; 및 확인된 정렬 마크의 위치에 따라서 정렬 상태의 완성 여부를 확정하는 제4단계;를 포함하고, 상기 정렬상태의 완성여부는 각 포토 마스크에 형성된 정렬 마크와 정렬 기준부의 일치여부로부터 인정되며, 정렬상태가 미완성된 경우 상기 포토 마스크들을 2차 정렬한 후 상기 제3단계부터 다시 수행하는 것을 특징으로 하는 대면적 디스플레이용 미세 금속 마스크 제작을 위한 복수의 포토 마스크 정렬방법을 제공한다.
이상과 같은 본 발명에 따르면, 본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 복수의 포토 마스크를 높은 정확도로 정렬함으로써, 높은 정렬도를 갖는 효과가 기대된다.
또한, 본 발명은 기존의 노광기를 그대로 활용할 수 있도록 포토 마스크 정렬장치와 정렬방법을 새로이 제시함으로써, 8세대 대면적 디스플레이 제조용 미세 금속 마스크를 제조할 때, 새로운 노광기의 개발 필요성을 해소하고 통상의 노광기 활용도를 극대화할 수 있도록 하는 효과가 기대된다.
또한, 본 발명은 복수의 포토 마스크를 정렬함에 있어서 간이한 정렬 검사 장치를 구성하고, 이를 기존의 노광기 상에서 활용함으로써, 편리하고 간이한 방법에 의하여 포토 마스크들을 정밀하게 정렬할 수 있도록 하는 효과가 기대된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 두개의 개별적 포토 마스크를 합지하고 정렬도를 확보하는 과정을 나타내는 순서도로서, 기존의 노광기를 사용하는 경우를 나타낸 것이다.
도 2는 도 1에 따른 포트 마스크 합지 및 정렬도 확보 후 이를 이용하여 미세 금속 마스크의 표면을 노광하는 과정을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미한다.
본 발명은 8세대 미세 금속 마스크를 제작하기 위하여 포토 마스크가 선행 제작되어야 하는데, 현재 생산되는 포토 마스크는 현재 전 세계적으로 가동되는 노광기의 크기를 고려하면 6.5세대 크기의 미세 금속 마스크를 제작하는데 적합하게 제조될 수 있을 뿐, 8세대 크기의 미세 금속 마스크를 제조하기 위해서는 2개 또는 그 이상의 포토 마스크를 연결하여야 한다. 이를 위해서는 예를 들어 2개의 포토 마스크를 정밀하게 정렬하여야 하며, 정렬이 제대로 되지 않는 경우, 양품의 미세 금속 마스크를 제작할 수 없다. 한편, 8세대 미세 금속 마스크를 제작할 수 있는 단일의 포토 마스크도 전혀 생산되지 않고 있어, 이를 어디에서도 조달할 수 없다는 점이 본 발명을 구현하게 된 동기가 되기도 한다.
8세대 미세 금속 마스크는 기존의 6.5세대 미세 금속 마스크보다 유효부의 길이가 2배 길게 형성된 것이 특징이다. 8세대 미세 금속 마스크의 전체 길이는 2600mm로서, 1500mm의 6.5세대 미세 금속 마스크 전체 길이 대비 1100mm 더 길다. 한편, 미세 금속 마스크 제조를 위한 일 과정인 노광 공정을 수행하기 위한 노광기는 최대 2500mm 길이의 피처리체를 노광할 수 있기 때문에, 6.5세대 미세 금속 마스크의 1회 전체 노광은 가능하나, 8세대 미세 금속 마스크의 1회 전체 노광은 불가능하다. 8세대 미세 금속 마스크를 제작하는데 있어서, 기존의 노광기를 사용할 때, 유효부만의 노광은 가능하나 비유효부를 포함하는 길이에 대해서의 노광은 불가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 두개의 개별적 포토 마스크를 합지하고 정렬도를 확보하는 과정을 나타내는 순서도로서, 기존의 노광기를 사용하는 경우를 나타낸 것이며, 도 2는 도 1에 따른 포트 마스크 합지 및 정렬도 확보 후 이를 이용하여 미세 금속 마스크의 표면을 노광하는 과정을 나타내는 순서도이다.
도 1은 제작된 복수의 단위 포토 마스크를 합지하는데 있어서 정렬 상태를 확인하기 위한 방법을 제시한 것이다. 도시된 포토 마스크 장착 프레임(170)은 포토 마스크가 거치(장착)되는 영역으로서, 상기 프레임에 의하여 둘러싸인 중앙부분은 관통되어 있으며, 포토 마스크가 안착된 투명한 거치판(172)이 위치하게 된다.
상기 거치판(172)은 유리판을 주로 채택한다. 유리판은 내열성을 가지고 있으면서도 투명하기 때문에 노광 과정을 수행하는데 적합하기 때문이다. 다만, 유리판이 아닌 적절한 재질이 대체재로 채택될 수도 있다.
아울러, 프레임의 테두리에는 음압이 걸리는 슬릿(slit, 171)이 마련되어 있어 포토 마스크를 거치하면 음압에 의하여 포토 마스크(130)를 프레임에 안착시킬 수 있으며, 따라서 포토 마스크(130)의 안정적인 고정이 가능하다. 위 슬릿(171)은 홀로 대체될 수도 있으며, 음압을 이용할 수 있는 틈새 공간은 어떠한 형태이어도 무방하다.
포토 마스크 장착 프레임(170)은 제작된 단위 포토 마스크(130-1, 130-2) 두개가 거치될 수 있는 크기를 갖는다. 그러나, 거치될 수 있는 포토 마스크의 수량은 두 개로 제한되는 것이 아니며, 프레임의 크기나 마스크의 길이에 따라서 더 많은 포토 마스크가 거치될 수도 있다.
포토 마스크 장착 프레임(170)은 기존의 노광기의 일 구성요소로서, 단일의 포토 마스크를 고정하고, 이를 이용하여 금속 판재(190)를 노광하는 공정에 사용되고 있다. 그러나, 복수의 포토 마스크를 합지 및 거치하고 이들간의 정렬 상태를 확인할 수 있는 기능은 탑재하지 않는다. 전술한 바와 같이, 복수의 포토 마스크를 합지하는 경우 패턴의 정렬이 면밀하게 이루어져야 하기 때문에, 복수의 포토 마스크를 정밀하게 정렬하여야 하며, 정렬 상태를 확인할 수 있는 수단이 별도로 강구되어야 한다.
이에, 본 발명에서는 이동형의 포토 마스크 정렬 장치(180)를 노광기에 부가하였으며, 이로써, 합지된 포토 마스크의 정렬상태를 정밀하게 확인할 수 있고, 노광 과정의 수행에 적합한 정렬 상태를 갖는 합지된 포토 마스크의 구현이 가능하게 되었다. 즉, 기존의 노광기의 활용도를 더 높임으로써, 8세대 미세 금속 마스크의 제조에도 기존의 노광기를 활용할 수 있도록 하였다.
보다 구체적으로, 상기 포토 마스크를 제작하는 과정은, 포토 마스크 상에 적어도 1개의 정렬 마크(145)를 생성하는 제1단계; 상기 정렬 마크(145)가 생성된 적어도 두 개의 포토 마스크들을 노광기의 포토 마스크 장착 프레임(170)에 1차 정렬하여 장착하는 제2단계; 상기 장착된 포토 마스크간 정렬 마크(145)의 위치를 확인하는 제3단계; 및 확인된 정렬 마크(145)의 위치에 따라서 정렬 상태의 완성 여부를 확정하는 제4단계;를 포함하며, 정렬상태가 미완성된 경우 상기 포토 마스크들을 2차 정렬한 후 상기 제3단계부터 다시 수행하게 된다.
포토 마스크상에 생성되는 정렬 마크(145)는 바람직하게는 패턴이 형성된 영역을 벗어나서 표기되는 것이 좋다. 따라서 가장 무난한 위치로서는 사각의 포토 마스크 꼭지점 인근의 영역에 설치되는 것이 좋다.
상기 정렬 마크(145)는 네개의 꼭지점에 모두 생성되어도 좋고, 최소한 장변의 양 단부에 생성되는 것도 바람직하다. 즉, 정렬 마크(145)는 단위 포토 마스크와 인접하는 단위 포토 마스크의 정렬 상태를 확인할 수 있도록 적합한 위치에 표기되는 것이 가장 바람직하다.
정렬 마크(145)는 동일한 규격을 갖는 정렬 대상 포토 마스크의 동일한 좌표에 형성됨으로써, 정렬 상태의 확인을 규칙화할 수 있다. 포토 마스크간 정렬 상태의 확인이 완료되면 그대로 정렬 상태를 확정하여 다음 과정인 노광 과정으로 연결될 수 있도록 하며, 만일 정렬 상태가 미진하다고 판단되면 다시 정렬하여 재차 정렬 상태를 확인하도록 할 수 있다. 정렬 상태의 확인은 정렬 상태가 확정될 때까지 계속하여 수행될 수 있다. 상기 정렬상태의 완성여부는 각 포토 마스크에 형성된 정렬 마크와 정렬 기준부의 일치여부로부터 인정될 수 있다.
정렬 상태의 확인은 노광기와는 별도로 구성되는 포토 마스크 정렬 장치(l80)에 의하여 수행된다. 본 시스템은 정렬 기준점(182)이 적어도 두 개 형성되며, 상기 정렬 기준점(182)은 정렬 마크(145)와 중첩되도록 위치되는 정렬 기준부(181); 및 상기 정렬 기준부(181)와 정렬 마크(145)의 중첩 상태를 촬영할 수 있는 위치에 장착되는 촬영 장치(183);를 포함한다. 다만, 상기 정렬 기준점(182) 중 적어도 하나는 복수의 포토 마스크 중 제1포토 마스크에 형성된 정렬 마크(145)에 중첩되고, 나머지는 제1포토 마스크에 인접하여 정렬된 제2포토 마스크에 형성된 정렬 마크(145)에 중첩된다.
도시된 형태는 제1포토 마스크와 제2포토 마스크의 서로 인접되는 꼭지점 영역에 하나씩의 정렬 마크(145)가 형성된 형태를 나타낸다. 다만, 전술한 바와 같이 정렬 확인을 정밀하게 수행할 수 있다면 정렬 마크(145)의 갯수는 특별히 한정되는 것은 아니다.
정렬 기준부(181)는 투명체로 형성될 수 있다. 예를 들어 투명 기준부는 반투명을 이루도록 함으로써, 촬영시 빛의 반사에 의한 영향을 경감할 수 있다. 따라서, 정렬 기준점(182)과 정렬 마크(145)의 중첩상태는 육안으로도 확인할 수 있다. 아울러, 정렬 마크(145)는 포토 마스크의 윗면 또는 아랫면에 형성되며 정렬 마크(145)의 형성면은 어느 하나의 면으로 제한되는 것이 아님은 자명하다.
상기 포토 마스크 정렬 장치(180)는 포토 마스크의 상부에 위치하거나 하부에 위치할 수 있다. 즉, 포토 마스크가 거치된 거치부가 투명한 유리이기 때문에 포토 마스크의 하부에서도 정렬 상태를 확인할 수도 있다.
포토 마스크는 프레임(170) 상의 기준위치에 거치되는 것이 바람직하며, 정렬 장치(180) 또한 프레임(170) 상의 기준위치까지 이동하여 포토 마스크의 정렬 상태를 확인할 수 있다. 이와 같이 포토 마스크의 거치 위치와 정렬 장치(180)의 이동 위치에 대한 기준점이 설정되어야 빠른 시간에 포토 마스크(130) 정렬 상태를 용이하고 정밀하게 확인 및 확정할 수 있게 된다.
정렬 상태의 확인은 촬영장치(183)가 수행하며, 촬영장치(183)에 의하여 촬영된 정렬 상태는 유무선 통신 수단에 의하여 제어부(미도시)로 전달되어 상기 제어부에서 정렬 상태를 확인한 후, 정렬 상태의 확정 여부를 결정하게 된다. 정렬 상태의 확인 결과 재정렬의 필요성이 있으면, 이는 다시 정렬 장치에 전달되어 해당 과정을 수행하도록 한다.
상기 포토 마스크 정렬 장치(180)는 방향의 제한없이 또는 방향을 제한하여 이동가능하게 구성될 수 있다.
아울러, 상기 촬영 장치(183)는 상기 정렬 기준점(182)의 갯수만큼 구비되는 것이 바람직하나, 하나의 이동 가능한 촬영 장치(183)가 이동하면서 정렬 상태를 확인하도록 구성될 수도 있음은 물론이다.
도 2는 합지된 포토 마스크(130)의 정렬 상태가 확정되고 난 후, 상기 포토 마스크(130)를 이용하여 금속 판재(190)에 노광을 실시하는 과정을 나타낸 것이다. 여기서, 각 단위 포토 마스크(130-1, 130-2)간의 정렬상태는 흡착부(171)의 흡착력이 지속적으로 가동됨으로써 유지될 수 있다. 다만, 다른 방법 즉, 접합, 접착 등의 방법을 사용함으로써도 가능할 것이다.
노광 과정이 시작되면 포토 마스크 정렬 시스템(180)은 이동하고, 금속 판재(190) 양면에서 대칭을 이루는 한 쌍의 포토 마스크(130)가 금속 판재(190)와 접하도록 이동된 후, 금속 판재(190)의 양면에 대하여 노광을 실시한다. 노광 및 현상 등의 과정은 공지의 과정이므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
145 : 정렬 마크 170 : 포토마스크 장착 프레임
171 : 흡착부 172 : 거치판
180 : 포토 마스크 정렬 장치 181 : 정렬 기준부
182 : 정렬 기준점 183 : 촬영 장치
190 : 금속 판재

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 정렬 기준점이 적어도 두 개 형성되며, 상기 정렬 기준점은 정렬 마크와 중첩되도록 위치되는 정렬 기준부; 및 상기 정렬 기준부와 정렬 마크의 중첩 상태를 촬영할 수 있는 위치에 장착되는 촬영 장치;를 포함하되, 상기 정렬 기준점 중 적어도 하나는 복수의 포토 마스크 중 제1포토 마스크에 형성된 정렬 마크에 중첩되고, 나머지는 제1포토 마스크에 인접하여 정렬된 제2포토 마스크에 형성된 정렬 마크에 중첩되는 대면적 디스플레이용 미세 금속 마스크 제작을 위한 복수의 포토 마스크 정렬장치에서,
    포토 마스크 상에 적어도 1개의 정렬 마크를 생성하는 제1단계;
    상기 정렬 마크가 생성된 적어도 두 개의 포토 마스크들을 노광기의 포토 마스크 장착 프레임에 1차 정렬하여 장착하는 제2단계;
    상기 장착된 포토 마스크간 정렬 마크의 위치를 확인하는 제3단계; 및
    확인된 정렬 마크의 위치에 따라서 정렬 상태의 완성 여부를 확정하는 제4단계;
    를 포함하고,
    상기 정렬상태의 완성여부는 각 포토 마스크에 형성된 정렬 마크와 정렬 기준부의 일치여부로부터 인정되며, 정렬상태가 미완성된 경우 상기 포토 마스크들을 2차 정렬한 후 상기 제3단계부터 다시 수행하는 것을 특징으로 하는 대면적 디스플레이용 미세 금속 마스크 제작을 위한 복수의 포토 마스크 정렬방법.
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