KR102404743B1 - 스틱 마스크, 스틱 마스크의 제조 방법 및 프레임 일체형 마스크의 제조 방법 - Google Patents

스틱 마스크, 스틱 마스크의 제조 방법 및 프레임 일체형 마스크의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스틱 마스크, 스틱 마스크의 제조 방법 및 프레임 일체형 마스크의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 스틱 마스크(150)는, 복수의 마스크 패턴(P)이 형성된 하나의 마스크 셀(C) 및 마스크 셀(C) 주변의 더미를 포함하는 마스크부(110) 및 마스크부(110)의 적어도 양측에 연결되는 한쌍의 인장부(130)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

스틱 마스크, 스틱 마스크의 제조 방법 및 프레임 일체형 마스크의 제조 방법 {STICK MASK, PRODUCING METHOD OF STICK MASK AND PRODUCING METHOD OF MASK INTEGRATED FRAME}
본 발명은 스틱 마스크, 스틱 마스크의 제조 방법 및 프레임 일체형 마스크의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 마스크부와 인장부를 별도로 제조한 후 연결함에 따라, 마스크의 품질을 향상시키고, 마스크의 수율을 향상시킬 수 있으며, 프레임과 마스크가 일체를 이루어 각 마스크 간의 얼라인(align)을 명확하게 할 수 있는, 스틱 마스크, 스틱 마스크의 제조 방법 및 프레임 일체형 마스크의 제조 방법에 관한 것이다.
최근에 박판 제조에 있어서 전주 도금(Electroforming) 방법에 대한 연구가 진행되고 있다. 전주 도금 방법은 전해액에 양극체, 음극체를 침지하고, 전원을 인가하여 음극체의 표면상에 금속박판을 전착시키므로, 극박판을 제조할 수 있으며, 대량 생산을 기대할 수 있는 방법이다.
한편, OLED 제조 공정에서 화소를 형성하는 기술로, 박막의 금속 마스크(Shadow Mask)를 기판에 밀착시켜서 원하는 위치에 유기물을 증착하는 FMM(Fine Metal Mask) 법이 주로 사용된다.
기존의 OLED 제조 공정에서는 마스크를 스틱 형태, 플레이트 형태 등으로 제조한 후, 마스크를 OLED 화소 증착 프레임에 용접 고정시켜 사용한다. 마스크 하나에는 디스플레이 하나에 대응하는 셀이 여러개 구비될 수 있다. 또한, 대면적 OLED 제조를 위해서 여러 개의 마스크를 OLED 화소 증착 프레임에 고정시킬 수 있는데, 프레임에 고정하는 과정에서 각 마스크가 평평하게 되도록 인장을 하게 된다. 마스크의 전체 부분이 평평하게 되도록 인장력을 조절하는 것은 매우 어려운 작업이다. 특히, 각 셀들을 모두 평평하게 하면서, 크기가 수 내지 수십 ㎛에 불과한 마스크 패턴을 정렬하기 위해서는, 마스크의 각 측에 가하는 인장력을 미세하게 조절하면서, 정렬 상태를 실시간으로 확인하는 고도의 작업이 요구된다.
그럼에도 불구하고, 여러 개의 마스크를 하나의 프레임에 고정시키는 과정에서 마스크 상호간에, 그리고 마스크 셀들의 상호간에 정렬이 잘 되지 않는 문제점이 있었다. 또한, 마스크를 프레임에 용접 고정하는 과정에서 마스크 막의 두께가 너무 얇고 대면적이기 때문에 하중에 의해 마스크가 쳐지거나 뒤틀어지는 문제점이 있었다.
초고화질의 OLED의 경우, 현재 QHD 화질은 500~600 PPI(pixel per inch)로 화소의 크기가 약 30~50㎛에 이르며, 4K UHD, 8K UHD 고화질은 이보다 높은 ~860 PPI, ~1600 PPI 등의 해상도를 가지게 된다. 이렇듯 초고화질의 OLED의 화소 크기를 고려하여 각 셀들간의 정렬 오차를 수 ㎛ 정도로 감축시켜야 하며, 이를 벗어나는 오차는 제품의 실패로 이어지게 되므로 수율이 매우 낮아지게 될 수 있다. 그러므로, 마스크가 쳐지거나 뒤틀리는 등의 변형을 방지하고, 정렬을 명확하게 할 수 있는 기술, 마스크를 프레임에 고정하는 기술 등의 개발이 필요한 실정이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 마스크와 프레임이 일체형 구조를 이루는 프레임 일체형 마스크의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 마스크가 쳐지거나 뒤틀리는 등의 변형을 방지하고 정렬을 명확하게 할 수 있는 프레임 일체형 마스크의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 제조시간을 현저하게 감축시키고, 수율을 현저하게 상승시킨 프레임 일체형 마스크의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 프레임 일체형 마스크에 사용되는 마스크의 품질을 향상시키고, 수율을 향상시킬 수 있는 스틱 마스크 및 스틱 마스크의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 표준화된 반도체 장치, 반도체 공정을 이용하여 제조함에 따라 비용을 절감하고, 생산성을 향상시킬 수 있는 스틱 마스크 및 스틱 마스크의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 상기의 목적은, 복수의 마스크 패턴이 형성된 하나의 마스크 셀 및 마스크 셀 주변의 더미를 포함하는 마스크부; 및 마스크부의 적어도 양측에 연결되는 한쌍의 인장부를 포함하는, 스틱 마스크에 의해 달성된다.
수직상에서, 마스크부 및 인장부는 다른 영역을 점유할 수 있다.
수평상에서, 마스크부와 인장부는 상호 중첩되는 중첩부를 포함할 수 있다.
마스크부는 사각 형상이고, 인장부의 일측은 연결되는 마스크부의 일측과 동일한 길이 또는 폭을 가질 수 있다.
인장부는 클램퍼가 클램핑하는 적어도 하나의 돌출부를 포함할 수 있다.
스틱 마스크 중에서 적어도 마스크부는 단결정 실리콘 웨이퍼 상에서 전주 도금(Electroforming)으로 형성될 수 있다.
인장부는 전도성 기재 상에서 전주 도금으로 형성될 수 있다.
마스크부는 OLED 화소 증착용 마스크로 사용될 수 있다.
마스크부의 테두리의 적어도 일부는, 제1 방향, 제1 방향에 수직인 제2 방향 중 적어도 하나의 방향을 따라 복수의 마스크 셀 영역을 구비하는 프레임 상에 부착될 수 있다.
인장부는 마스크부로부터 분리되어 제거될 수 있다.
마스크부 및 인장부는 인바(invar) 또는 슈퍼 인바(super invar) 재질일 수 있다.
그리고, 본 발명의 상기의 목적은, 스틱 마스크의 제조 방법으로서, (a) 복수의 마스크 패턴이 형성된 하나의 마스크 셀 및 마스크 셀 주변의 더미를 포함하는 마스크부를 제공하는 단계; (b) 한쌍의 인장부를 제공하는 단계; 및 (c) 마스크부의 적어도 양측에 인장부를 각각 연결하는 단계를 포함하는, 스틱 마스크의 제조 방법에 의해 달성된다.
(a) 단계에서, 마스크부는 단결정 실리콘 웨이퍼 상에서 전주 도금(Electroforming)으로 형성할 수 있다.
(b) 단계에서, 인장부는 전도성 기재 상에서 전주 도금으로 형성할 수 있다.
(c) 단계 이후, 수직상에서, 마스크부 및 인장부는 다른 공간을 점유하고, 수평상에서, 마스크부와 인장부는 적어도 일부가 상호 중첩될 수 있다.
마스크부와 인장부는 적어도 두 금속의 합금을 포함하는 접착제를 사용하여 연결할 수 있다.
접착제에 소정의 온도, 소정의 압력 중 적어도 어느 하나를 가하면, 접착부의 적어도 일부가 고상(solid phase)에서 액상(liquid phase)으로 변하고, 접착부의 액상이 다시 고상으로 변하면서 마스크부와 인장부를 접착 연결할 수 있다.
마스크부와 인장부는 유/무기 접착제를 사용하여 연결할 수 있다.
마스크부와 인장부를 상호 용접하여 연결할 수 있다.
그리고, 본 발명의 상기의 목적은, 마스크와 마스크를 지지하는 프레임이 일체로 형성된 프레임 일체형 마스크의 제조 방법으로서, (a) 복수의 마스크 패턴이 형성된 하나의 마스크 셀 및 마스크 셀 주변의 더미를 포함하는 마스크부를 준비하는 단계; (b) 한쌍의 인장부를 준비하는 단계; (c) 마스크부의 적어도 양측에 인장부를 각각 연결하여 스틱 마스크를 제조하는 단계; (d) 제1 방향, 제1 방향에 수직인 제2 방향 중 적어도 하나의 방향을 따라 복수의 마스크 셀 영역을 구비하는 프레임을 제공하는 단계; (e) 스틱 마스크의 마스크 셀을 프레임의 하나의 마스크 셀 영역에 대응하는 단계; 및 (f) 마스크부의 더미의 적어도 일부를 프레임에 부착하는 단계를 포함하는, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법에 의해 달성된다.
프레임은, 테두리 프레임부; 제1 방향으로 연장 형성되고, 양단이 테두리 프레임부에 연결되는 적어도 하나의 제1 그리드 프레임부; 및 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 연장 형성되어 제1 그리드 프레임부와 교차되고, 양단이 테두리 프레임부에 연결되는 적어도 하나의 제2 그리드 프레임부를 포함할 수 있다.
테두리 프레임부는 사각 형상일 수 있다.
제1 그리드 프레임부 및 제2 그리드 프레임부의 길이 방향에 수직하는 단면 형상은 삼각형, 사각형, 또는 변, 모서리 중 적어도 하나가 라운딩진 삼각형, 사각형 형상일 수 있다.
(f) 단계는, (d1) 프레임 상부의 적어도 일부에 접착부를 형성하고, 마스크부의 더미 중 적어도 일부를 접착부에 접착하는 단계; (d2) 접착부가 형성된 영역보다 내측 영역의 적어도 일부 마스크부를 프레임 상부에 레이저 용접하는 단계; (d4) 접착부에 대응하는 마스크부의 박리막 경계에 레이저를 조사하고, 접착부를 세정하는 단계; 및 (d5) 마스크부의 박리막 및 인장부를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
(e) 단계 내지 (f) 단계를 반복수행하여, 복수의 스틱 마스크를 순차적으로 마스크 셀 영역에 대응한 후 프레임에 부착할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 마스크와 프레임이 일체형 구조를 이루는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 마스크가 쳐지거나 뒤틀리는 등의 변형을 방지하고 정렬을 명확하게 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 제조시간을 현저하게 감축시키고, 수율을 현저하게 상승시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 프레임 일체형 마스크에 사용되는 마스크의 품질을 향상시키고, 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 표준화된 반도체 장치, 반도체 공정을 이용하여 제조함에 따라 비용을 절감하고, 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 예를 들어, 8인치 또는 12인치 웨이퍼를 이용할 경우, 웨이퍼 카세트, 지그, 케이컬 배스, 표준화된 반도체 장비 등의 기존에 잘 갖추어진 반도체 공정/장비 부품 인프라를 그대로 활용하고 공정에 적용할 수 있어, 전주도금을 위한 전도성 기재를 핸들링하기 용이하며, 제조비용, 공정원가가 대폭 하락되는 이점이 있다.
도 1은 종래의 OLED 화소 증착용 마스크를 나타내는 개략도이다.
도 2는 종래의 마스크를 프레임에 부착하는 과정을 나타내는 개략도이다.
도 3은 종래의 마스크를 인장하는 과정에서 셀들간의 정렬 오차가 발생하는 것을 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임을 나타내는 정면도 및 측단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 일체형 마스크를 나타내는 정면도 및 측단면도, 스틱 마스크의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스틱 마스크를 프레임의 셀 영역에 대응하여 부착하는 과정을 나타내는 개략도이다.
도 7은 스틱 마스크를 제조하는 여러 실시예를 나타내는 개략도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크부의 제조 형태 및 마스크부와 인장부를 나타내는 개략도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 스틱 마스크를 나타내는 개략도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 스틱 마스크를 이용하여 프레임 일체형 마스크를 제조하는 과정을 나타내는 개략도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 일체형 마스크를 이용한 OLED 화소 증착 장치를 나타내는 개략도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 종래의 OLED 화소 증착용 마스크(10)를 나타내는 개략도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 마스크(10)는 스틱형(Stick-Type) 또는 판형(Plate-Type)으로 제조될 수 있다. 도 1의 (a)에 도시된 마스크(10)는 스틱형 마스크로서, 스틱의 양측을 OLED 화소 증착 프레임에 용접 고정시켜 사용할 수 있다. 도 1의 (b)에 도시된 마스크(100)는 판형(Plate-Type) 마스크로서, 넓은 면적의 화소 형성 공정에서 사용될 수 있다.
마스크(10)의 바디(Body)[또는, 마스크 막(11)]에는 복수의 디스플레이 셀(C)이 구비된다. 하나의 셀(C)은 스마트폰 등의 디스플레이 하나에 대응한다. 셀(C)에는 디스플레이의 각 화소에 대응하도록 화소 패턴(P)이 형성된다. 셀(C)을 확대하면 R, G, B에 대응하는 복수의 화소 패턴(P)이 나타난다. 일 예로, 셀(C)에는 70 X 140의 해상도를 가지도록 화소 패턴(P)이 형성된다. 즉, 수많은 화소 패턴(P)들은 군집을 이루어 셀(C) 하나를 구성하며, 복수의 셀(C)들이 마스크(10)에 형성될 수 있다.
도 2는 종래의 마스크(10)를 프레임(20)에 부착하는 과정을 나타내는 개략도이다. 도 3은 종래의 마스크(10)를 인장(F1~F2)하는 과정에서 셀들간의 정렬 오차가 발생하는 것을 나타내는 개략도이다. 도 1의 (a)에 도시된 5개의 셀(C: C1~C5)을 구비하는 스틱 마스크(10)를 예로 들어 설명한다.
도 2의 (a)를 참조하면, 먼저, 마스크(10)를 평평하게 펴야한다. 마스크(10)의 장축 방향으로 인장력(F1~F2)을 가하여 당김에 따라 마스크(10)가 펴지게 된다. 그 상태로 사각틀 형태의 프레임(20) 상에 마스크(10)를 로딩한다. 마스크(10)의 셀(C1~C5)들은 프레임(20)의 틀 내부 빈 영역 부분에 위치하게 된다. 프레임(20)은 하나의 마스크(10)의 셀(C1~C5)들이 틀 내부 빈 영역에 위치할 정도의 크기일 수 있고, 복수의 마스크(10)의 셀(C1~C5)들이 틀 내부 빈 영역에 위치할 정도의 크기일 수도 있다.
도 2의 (b)를 참조하면, 마스크(10)의 각 측에 가하는 인장력(F1~F2)을 미세하게 조절하면서 정렬을 시킨 후, 마스크(10) 측면의 일부를 용접(W)함에 따라 마스크(10)와 프레임(20)을 상호 연결한다. 도 2의 (c)는 상호 연결된 마스크(10)와 프레임의 측단면을 나타낸다.
도 3을 참조하면, 마스크(10)의 각 측에 가하는 인장력(F1~F2)을 미세하게 조절함에도 불구하고, 마스크 셀(C1~C3)들의 상호간에 정렬이 잘 되지 않는 문제점이 나타난다. 가령, 셀(C1~C3)들의 패턴(P)간에 거리(D1~D1", D2~D2")가 상호 다르게 되거나, 패턴(P)들이 비뚤어지는 것이 그 예이다. 마스크(10)는 복수(일 예로, 5개)의 셀(C1~C5)을 포함하는 대면적이고, 수십 ㎛ 수준의 매우 얇은 두께를 가지기 때문에, 하중에 의해 쉽게 쳐지거나 뒤틀어지게 된다. 또한, 각 셀들을 모두 평평하게 하도록 인장력(F1~F2)을 조절하면서, 정렬 상태를 현미경을 통해 실시간으로 확인하는 것은 매우 어려운 작업이다.
따라서, 인장력(F1~F4)의 미세한 오차는 마스크(10) 각 셀(C1~C3)들이 늘어나거나, 펴지는 정도에 오차를 발생시킬 수 있고, 그에 따라 마스크 패턴(P)간에 거리(D1~D1", D2~D2")가 상이해지게 되는 문제점을 발생시킨다. 물론, 완벽하게 오차가 0이 되도록 정렬하는 것은 어려운 것이지만, 크기가 수 내지 수십 ㎛인 마스크 패턴(P)이 초고화질 OLED의 화소 공정에 악영향을 미치지 않도록 하기 위해서는, 정렬 오차가 3㎛를 초과하지 않는 것이 바람직하다. 이렇게 인접하는 셀 사이의 정렬 오차를 PPA(pixel position accuracy)라 지칭한다.
이에 더하여, 대략 6~20개 정도의 복수의 마스크(10)들을 프레임(20) 하나에 각각 연결하면서, 복수의 마스크(10)들간에, 그리고 마스크(10)의 복수의 셀(C~C5)들간에 정렬 상태를 명확히 하는 것도 매우 어려운 작업이고, 정렬에 따른 공정 시간이 증가할 수밖에 없게 되어 생산성을 감축시키는 중대한 이유가 된다.
이에, 본 발명은 마스크(100)가 쳐지거나 뒤틀리는 등의 변형을 방지하고 프레임(200)에 정렬을 명확히 하며, 제조시간을 현저하게 감축시키고, 수율을 현저하게 상승시킬 수 있는 프레임 일체형 마스크를 제안한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임(200)을 나타내는 정면도[도 4의 (a)] 및 측단면도[도 4의 (b)]이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 일체형 마스크를 나타내는 정면도[도 5의 (a)] 및 측단면도[도 5의 (b)], 스틱 마스크(150)의 개략도[도 5의 (c)]이다. 도 4의 (b)는 도 4의 (a)의 A-A' 방향, 도 5의 (b)는 도 5의 (a)의 B-B' 방향에서의 측단면도를 나타낸다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 프레임 일체형 마스크는, 복수의 마스크(100) 및 하나의 프레임(200)을 포함할 수 있다. 다시 말해, 복수의 마스크(100)들을 각각 하나씩 프레임(200)에 부착한 형태이다. 도 5에서 마스크(100)는 5 X 5 개가 프레임(200)에 부착된 형태를 상정하여 설명하지만, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 마스크(100), 프레임(200)의 크기에 따라 달라질 수 있다. 마스크(100)는 스틱 마스크(150)에서 실제로 프레임(200)에 부착되어, OLED 증착 과정에서 마스크로서 기능하는 부분을 의미한다. 이 점에서 후술할 스틱 마스크(150)의 마스크부(110)는 마스크(100)와 실질적으로 동일한 것으로 이해될 수 있다.
각각의 마스크(100)에는 복수의 마스크 패턴(P)이 형성되며, 하나의 마스크(100)에는 하나의 셀(C)이 형성될 수 있다. 얇은 두께로 형성할 수 있도록, 마스크(100)[스틱 마스크(150)]는 전주도금(electroforming)으로 형성될 수 있다. 마스크(100)는 열팽창계수가 약 1.0 X 10-6/℃인 인바(invar), 약 1.0 X 10-7/℃ 인 슈퍼 인바(super invar) 재질일 수 있다. 이 재질의 마스크(100)는 열팽창계수가 매우 낮기 때문에 열에너지에 의해 마스크의 패턴 형상이 변형될 우려가 적어 고해상도 OLED 제조에서 있어서 FMM(Fine Metal Mask), 새도우 마스크(Shadow Mask)로 사용될 수 있다. 이 외에, 최근에 온도 변화값이 크지 않은 범위에서 화소 증착 공정을 수행하는 기술들이 개발되는 것을 고려하면, 마스크(100)는 이보다 열팽창계수가 약간 큰 니켈(Ni), 니켈-코발트(Ni-Co) 등의 재질일 수도 있다.
프레임(200)은 대략 사각 형상, 사각틀 형상의 테두리 프레임부(210)를 포함할 수 있다. 프레임(200)은 인바, 슈퍼인바, 알루미늄, 티타늄 등의 금속 재질로 구성될 수 있으며, 열변형을 고려하여 마스크와 동일한 열팽창계수를 가지는 인바, 슈퍼 인바, 니켈, 니켈-코발트 등의 재질로 구성되는 것이 바람직하다.
이에 더하여, 프레임(200)은 제1 방향(가로 방향)으로 연장 형성되는 적어도 하나의 제1 그리드 프레임부(220)를 포함할 수 있다. 제1 그리드 프레임부(220)는 직선 형태로 형성되어 양단이 테두리 프레임부(210)에 연결될 수 있다. 프레임(200)이 복수의 제1 그리드 프레임부(220)를 포함하는 경우, 각각의 제1 그리드 프레임부(220)는 동등한 간격을 이루는 것이 바람직하다.
또, 이에 더하여, 프레임(200)은 제2 방향(세로 방향)으로 연장 형성되는 적어도 하나의 제2 그리드 프레임부(230)를 포함할 수 있다. 제2 그리드 프레임부(230)는 직선 형태로 형성되어 양단이 테두리 프레임부(210)에 연결될 수 있다. 제1 그리드 프레임부(220)와 제2 그리드 프레임부(230)는 서로 수직하므로 상호 교차되는 교차점이 존재할 수 있다. 프레임(200)이 복수의 제2 그리드 프레임부(230)를 포함하는 경우, 각각의 제2 그리드 프레임부(230)는 동등한 간격을 이루는 것이 바람직하다.
제1, 2 그리드 프레임부(220, 230)의 길이 방향에 수직하는 단면의 형상은 삼각형, 평행사변형과 같은 사각형 형상일 수 있으며, 변, 모서리 부분이 일부 라운딩 될 수도 있다.
테두리 프레임부(210)의 두께는 제1, 2 그리드 프레임부(220, 230)의 두께보다 두꺼울 수 있다. 테두리 프레임부(210)는 프레임(200)의 전체 강성을 담당하기 때문에 수mm 내지 수cm의 두께로 형성될 수 있다. 제1, 2 그리드 프레임부(220, 230)의 경우는, 두께가 너무 두꺼워지면 OLED 화소 증착 공정에서 유기물 소스가 마스크(100)를 통과하는 경로를 막는 문제를 발생시킬 수 있다. 반대로, 두께가 너무 얇아지면 마스크(100)를 지지할 정도의 강성 확보가 어려울 수 있다. 이에 따라, 제1, 2 그리드 프레임부(220, 230)의 폭, 두께는 약 1~5mm 정도로 형성될 수 있다.
테두리 프레임부(210), 제1, 2 그리드 프레임부(220, 230)의 결합에 의해, 프레임부(200)는 복수의 마스크 셀(C) 영역을 구비할 수 있다. 마스크 셀(C) 영역이라 함은, 프레임부(200)에서 테두리 프레임부(210), 제1, 2 그리드 프레임부(220, 230)가 점유하는 영역을 제외한, 중공 형태의 빈 영역을 의미할 수 있다. 이 마스크 셀(C) 영역에 마스크(100)의 셀(C)이 대응됨에 따라, 실질적으로 마스크 패턴(P)을 통해 OLED의 화소가 증착되는 통로로 이용될 수 있게 된다. 전술하였듯이 하나의 마스크 셀(C)은 스마트폰 등의 디스플레이 하나에 대응한다. 하나의 마스크(100)에는 하나의 셀(C)을 구성하는 마스크 패턴(P)들이 형성될 수 있다. 또는, 하나의 마스크(100)가 복수의 셀(C)을 구비할 수도 있으나, 마스크(100)의 명확한 정렬을 위해서는 대면적 마스크(100)를 지양할 필요가 있고, 하나의 셀(C)을 구비하는 소면적 마스크(100)가 바람직하다.
프레임(200)은 복수의 마스크 셀(C) 영역을 구비하고, 각각의 마스크(100)는 각각 하나의 마스크 셀(C)에 대응되도록 부착될 수 있다. 각각의 마스크(100)[또는, 마스크부(110), 도 5의 (c) 참조]는 복수의 마스크 패턴(P)이 형성된 마스크 셀(C) 및 마스크 셀(C) 주변의 더미[셀(C)을 제외한 마스크부(110) 부분에 대응]를 포함할 수 있다. 더미는 마스크 막만을 포함하거나, 마스크 패턴(P)과 유사한 형태의 소정의 더미 패턴이 형성된 마스크 막을 포함할 수 있다. 마스크 셀(C)은 프레임(200)의 마스크 셀 영역에 대응하고, 더미의 일부 또는 전부가 프레임(200)에 부착될 수 있다. 이에 따라, 마스크(100)와 프레임(200)이 일체형 구조를 이룰 수 있게 된다. 마스크(100)가 프레임(200)에 대응되도록 부착하기 위해서, 먼저, 스틱 마스크(150)가 제조되고, 스틱 마스크(150)를 프레임(200)에 대응된 후에, 마스크부(110)가 프레임(200) 상에 옮겨질 수 있다.
도 5의 (c)를 참조하면, 스틱 마스크(150)는 마스크부(110) 및 인장부(130)를 포함한다. 마스크부(110)에는 복수의 마스크 패턴(P)이 형성된 마스크 셀(C) 및 마스크 셀(C) 주변의 더미를 포함할 수 있다. 인장부(130)는 마스크부(110)의 적어도 양측에 연결되고, 클램퍼가 클램핑하기 위한 적어도 하나의 돌출부(131)가 형성된다.
마스크부(110)는 사각 형상인 것이 바람직하나 반드시 이에 제한되지는 않는다. 인장부(130)는 마스크부(110)의 측을 균일하게 인장할 수 있도록, 인장부(130)의 일측은 연결되는 마스크부(110)의 일측과 동일한 길이, 폭을 가질 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스틱 마스크(150)를 프레임(200)의 셀(C) 영역에 대응하여 부착하는 과정을 나타내는 개략도이다. 또한, 도 6에서는 설명의 편의를 위하여, 프레임(200)의 좌측 최상단 셀(C) 영역에 스틱 마스크(150)를 대응하는 형태를 도시하나, 동일한 부착 방법으로 마스크(100)를 모든 마스크 셀에 부착하는 것이 바람직하다.
도 6의 (a)를 참조하면, 스틱 마스크(150)의 마스크부(110)를 프레임(200)의 하나의 마스크 셀(C) 영역에 대응할 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 대응시키는 과정에서, 스틱 마스크(150)의 인장부(130)를 클램퍼(미도시)가 클램핑하고, 양 측(두 측)을 인장(F1~F2)하여 마스크(100)를 평평하게 편 상태로 마스크 셀(C) 영역에 대응할 수 있다. 한 측에서도 여러 포인트(도 6의 예로, 1~3포인트)로 마스크(100)를 잡고 인장할 수 있다. 한편, 일축 방향이 아니라, 모든 축 방향을 따라 마스크의 모든 측을 인장(F1~F4) 할 수도 있다.
예를 들어, 스틱 마스크(150)의 각 측에 가하는 인장력은 4N을 초과하지 않을 수 있다. 스틱 마스크(150)의 크기에 따라 가하는 인장력은 동일하거나, 달라질 수 있다. 다시 말해, 본 발명의 스틱 마스크(150)는 1개의 마스크 셀(C)을 포함하므로, 복수개의 셀(C1~C5)을 포함하는 종래의 마스크(10)[도 1 참조]보다 필요로 하는 인장력이 동일하거나, 적어도 줄어들 가능성이 있다. 9.8N이 1kg의 중력 힘을 의미함을 고려하면, 1N은 400g의 중력 힘보다도 작은 힘이기 때문에, 스틱 마스크(150)가 인장된 후에 프레임(200)에 부착되어도 마스크(100)가 프레임(200)에 가하는 장력(tension), 또는, 반대로 프레임(200)이 마스크(100)에 가하는 장력은 매우 적게 된다. 그리하여, 장력에 의한 마스크(100) 및/또는 프레임(200)의 변형이 최소화되어 마스크(100)[또는, 마스크 패턴(P)]의 정렬 오차가 최소화 될 수 있다.
그리고, 종래의 도 1의 마스크(10)는 셀 5개(C1~C5)를 포함하므로 긴 길이를 가지는데 반해, 본 발명의 마스크(100)는 셀 1개(C)를 포함하여 짧은 길이를 가지므로 PPA(pixel position accuracy)가 틀어지는 정도가 작아질 수 있다. 예를 들어, 복수의 셀(C1~C5, ...)들을 포함하는 마스크(10)의 길이가 1m이고, 1m 전체에서 10㎛의 PPA 오차가 발생한다고 가정하면, 본 발명의 마스크(100)는 상대적인 길이의 감축[셀(C) 개수 감축에 대응]에 따라 위 오차 범위를 1/n 할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 마스크(100)의 길이가 100mm라면, 종래 마스크(10)의 1m에서 1/10로 감축된 길이를 가지므로, 100mm 길이의 전체에서 1㎛의 PPA 오차가 발생하게 되며, 정렬 오차가 현저히 감소하게 되는 효과가 있다.
한편, 스틱 마스크(150)가 복수의 셀(C)을 구비하고, 프레임(200)의 복수의 셀(C)에 영역에 대응하여도 정렬 오차가 최소화되는 범위 내에서라면, 스틱 마스크(150)는 프레임(200)의 복수의 마스크 셀(C) 영역에 대응할 수도 있다. 이 경우에도, 정렬에 따른 공정 시간과 생산성을 고려하여, 스틱 마스크(150)는 가급적 적은 수의 셀(C)을 구비하는 것이 바람직하다.
스틱 마스크(150)가 평평한 상태로 마스크 셀(C) 영역에 대응하도록 인장력을 조절하면서, 카메라 유닛(미도시)을 통해 실시간으로 정렬 상태를 확인할 수 있다. 본 발명의 경우는, 스틱 마스크(150)의 하나의 셀(C)을 대응시키고 정렬 상태를 확인하기만 하면 되므로, 복수의 셀(C: C1~C5)을 동시에 대응시키고 정렬 상태를 모두 확인하여야 하는 종래의 방법[도 1 및 도 2 참조]보다, 제조시간을 현저하게 감축시킬 수 있다.
즉, 본 발명의 프레임 일체형 마스크 제조 방법은, N개의 스틱 마스크(150)를 각각 하나의 셀(C)에 대응시키고 각각 정렬 상태를 확인하는 N번의 과정을 통해, N개의 셀(C1~C5)을 동시에 대응시키고 N개 셀(C1~C5)의 정렬 상태를 동시에 모두 확인하는 종래의 방법보다 훨씬 시간이 단축될 수 있다.
또한, 본 발명의 프레임 일체형 마스크 제조 방법은, 예를 들어, 25개의 셀(C) 영역에 25개의 스틱 마스크(150)를 각각 대응시키고 정렬하는 25번의 과정에서의 제품 수득률이, 5개의 셀(C1~C5)을 각각 포함하는 5개의 마스크(10)[도 2의 (a) 참조]를 25개의 셀(C) 영역에 각각 대응시키고 정렬하는 5번의 과정에서의 종래의 제품 수득률보다 훨씬 높게 나타날 수 있다. 한번에 5개씩의 셀(C) 영역에 5개의 셀(C1~C5)을 정렬하는 종래의 방법이 훨씬 번거롭고 어려운 작업이므로 제품 수율이 낮게 나타나는 것이다.
도 6의 (b)를 참조하면, 스틱 마스크(150)의 마스크부(110)의 테두리의 일부 또는 전부를 프레임(200)에 부착할 수 있다. 부착은 용접(W)으로 수행될 수 있고, 바람직하게는 레이저 용접(W)으로 수행될 수 있다. 용접(W)된 부분은 마스크(100)/프레임(200)과 동일한 재질을 가지고 일체로 연결될 수 있다.
레이저를 마스크부(110)의 테두리 부분[또는, 더미]의 상부에 조사하면, 마스크부(110)의 일부가 용융되어 프레임(200)과 용접(W)될 수 있다. 용접(W)은 프레임(200)의 모서리쪽에 최대한 가깝게 수행하여야 마스크(100)와 프레임(200) 사이의 들뜬 공간을 최대한 줄이고 밀착성을 높일 수 있게 된다. 용접(W) 부분은 라인(line) 또는 스팟(spot) 형태로 생성될 수 있으며, 마스크(100)와 동일한 재질을 가지고 마스크(100)와 프레임(200)을 일체로 연결하는 매개체가 될 수 있다.
제1 그리드 프레임부(220)[또는, 제2 그리드 프레임부(230)]의 폭, 두께는 약 1~5mm 정도로 형성될 수 있고, 제품 생산성 향상을 위해, 제1 그리드 프레임부(220)[또는, 제2 그리드 프레임부(230)]와 마스크(100)의 테두리가 겹치는 폭을 약 0.1~2.5mm 정도로 최대한 감축시킬 필요가 있다.
도 7은 스틱 마스크(150)를 제조하는 여러 실시예를 나타내는 개략도이다.
스틱 마스크(150)는 전도성 기재(30, 40)[또는, 모판(mother plate; 30, 40)] 상에서 전주도금을 통해 제조할 수 있다. 전도성 기재(30, 40) 상에 마스크 패턴(P)을 구성할 수 있는 PR(photoresist) 패턴을 형성 한 후에, 전주도금을 수행하면 전도성 기재(30, 40) 상에서 인바, 슈퍼 인바 등의 재질을 가지는 스틱 마스크(150)가 전착될 수 있다.
전도성 재질로서, 메탈의 경우에는 표면에 메탈 옥사이드들이 생성되어 있을 수 있고, 메탈 제조 과정에서 불순물이 유입될 수 있으며, 다결정 실리콘 기재의 경우에는 개재물 또는 결정립계(Grain Boundary)가 존재할 수 있으며, 전도성 고분자 기재의 경우에는 불순물이 함유될 가능성이 높고, 강도. 내산성 등이 취약할 수 있다. 메탈 옥사이드, 불순물, 개재물, 결정립계 등과 같이 모판의 표면에 전기장이 균일하게 형성되는 것을 방해하는 요소를 "결함"(Defect)으로 지칭한다. 결함(Defect)에 의해, 상술한 재질의 음극체에는 균일한 전기장이 인가되지 못하여 도금막[스틱 마스크(150)]의 일부가 불균일하게 형성될 수 있다.
UHD 급 이상의 초고화질 화소를 구현하는데 있어서 도금막 및 도금막 패턴[마스크 패턴(P)]의 불균일은 화소의 형성에 악영향을 미칠 수 있다. FMM, 새도우 마스크의 패턴 폭은 수 내지 수십㎛의 크기, 바람직하게는 30㎛보다 작은 크기로 형성될 수 있으므로, 수㎛ 크기의 결함조차 마스크의 패턴 사이즈에서 큰 비중을 차지할 정도의 크기이다.
또한, 상술한 재질의 음극체에서의 결함을 제거하기 위해서는 메탈 옥사이드, 불순물 등을 제거하기 위한 추가적인 공정이 수행될 수 있으며, 이 과정에서 음극체 재료가 식각되는 등의 또 다른 결함이 유발될 수도 있다.
따라서, 본 발명은 단결정 실리콘 재질의 전도성 기재(30, 40)를 사용할 수 있다. 전도성을 가지도록, 기재(30, 40)는 1019 이상의 고농도 도핑이 수행될 수 있다. 도핑은 기재(30, 40)의 전체에 수행될 수도 있으며, 표면 부분에만 수행될 수도 있다.
도핑된 단결정 실리콘의 경우는 결함이 없기 때문에, 전주 도금 시에 표면 전부에서 균일한 전기장 형성으로 인한 균일한 도금막[스틱 마스크(150)]이 생성될 수 있는 이점이 있다. 균일한 도금막을 통해 제조하는 프레임 일체형 마스크(100, 200)는 OLED 화소의 화질 수준을 더욱 개선할 수 있다. 그리고, 결함을 제거, 해소하는 추가 공정이 수행될 필요가 없으므로, 공정비용이 감축되고, 생산성이 향상되는 이점이 있다.
또한, 실리콘 재질의 기재(30, 40)를 사용함에 따라서, 필요에 따라 기재(30, 40)의 표면을 산화(Oxidation), 질화(Nitridation)하는 과정만으로 PR을 대신하는 절연부를 형성할 수 있는 이점이 있다. PR, 절연부는 도금막[마스크(100)]의 전착을 방지하는 역할을 하여 도금막에 패턴[마스크 패턴(P)]을 형성할 수 있다.
한편, 도 7의 (a)에 도시된 넓은 판형의 기재(30) 상에서 전주도금을 수행하면 많은 양의 스틱 마스크(150)를 제조할 수 있다. 다만, 단결정 실리콘 재질을 가지는 넓은 판형의 기재(30)를 제조하기에는 제조비용이 너무 많이 들고, 넓은 판형의 기재(30) 상에서 PR 공정, 전주도금 공정 등을 수행할 장치를 별도로 만들어야 하는 문제가 발생한다.
이에 따라, 도 7의 (b), (c)에 도시된, 전도성 기재(40)로서 단결정 실리콘 웨이퍼(40)를 사용하는 것을 고려할 수 있다. 단결정 실리콘 웨이퍼(40)는 이미 반도체 산업에 의한 표준화가 되어 있고, 반도체 웨이퍼를 이송, 처리 등을 할 수 있는 공정, 및 공정을 수행할 수 있는 장치, 주변 인프라가 이미 개발되고 상용화되어 있다. 예를 들어, 8인치 또는 12인치 웨이퍼를 전도성 기재(40)[단결정 실리콘 웨이퍼(40)]로 이용할 경우, 웨이퍼 카세트, 지그, 케이컬 배스, 표준화된 반도체 장비 등의 기존에 잘 갖추어진 반도체 공정/장비 부품 인프라를 그대로 활용하고 공정에 적용할 수 있는 장점이 있다. 그리하여, 전도성 기재(40)를 핸들링하기 용이하며, 제조비용, 공정원가가 대폭 하락되는 이점이 있다.
이처럼 단결정 실리콘 웨이퍼(40)를 전도성 기재(40)로 사용하는 것은 많은 이점을 주지만, 단결정 실리콘 웨이퍼(40)는 전체적으로 원형의 형상을 가지는데 반해, 스틱 마스크(150)는 전체적으로 사각형의 형상을 가지므로, 형상 차이에 따른 생산성의 한계를 가질 수 있다.
예를 들어, 도 7의 (b)와 같이, 12인치 단결정 실리콘 웨이퍼(40) 상에서 디스플레이 크기에 대응하는 스틱 마스크(150)는 6개를 전착할 수 있다. 하지만, 원형의 단결정 실리콘 웨이퍼(40)의 테두리 부분 근처에서는 사각형의 스틱 마스크(150)를 전착할 공간을 확보하기 어려워 공간이 낭비되는 문제가 발생한다. 또한, 예를 들어, 도 7의 (b)보다 작은 8인치 단결정 실리콘 웨이퍼(40') 상에서는 디스플레이 크기에 대응하는 스틱 마스크(150)를 2개 정도밖에 전착할 수 없다. 도 7의 (c)와 같이, 그 이상의 스틱 마스크(150)를 전착하기에는 단결정 실리콘 웨이퍼(40')의 공간에 제한이 있는 문제가 발생한다.
따라서, 본 발명은 단결정 실리콘 웨이퍼(40)를 전도성 기재(40)로 사용하여, 상술한 여러가지 이점을 확보함과 동시에, 단결정 실리콘 웨이퍼(40) 상에서도 생산성을 최대화 할 수 있는 스틱 마스크(150)의 제조 방법 및 스틱 마스크(150)를 제공하는 것을 특징으로 한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크부(110)의 제조 형태[도 8의 (a)] 및 마스크부(110)와 인장부(130)를 나타내는 개략도[도 8의 (b)]이다.
도 8의 (a)를 참조하면, 단결정 실리콘 웨이퍼(40) 상에서 전주도금하는 것은 도 7의 스틱 마스크(150)를 전주도금으로 생성하는 것과 동일하다. 다만, 본 발명에서는 스틱 마스크(150)를 모두 전주도금으로 생성하지 않고, 스틱 마스크(150)의 마스크부(110)만을 전도성 기재(40)[단결정 실리콘 웨이퍼(40)] 상에서 전주도금으로 생성할 수 있다. 인장부(130)를 제외한 마스크부(110)만을 전도성 기재(40) 상에서 전주도금 하므로, 동일한 크기의 단결정 실리콘 웨이퍼(40) 상에서도 보다 많은 개수를 전주도금 할 수 있다. 예를 들어, 기존에는 도 7의 (b)에 도시된 것처럼, 12인치 단결정 실리콘 웨이퍼(40) 상에서 스틱 마스크(150) 6개를 전주도금 할 수 있는데 반해, 본 발명은 도 8의 (a)에서 도시된 것처럼, 12인치 단결정 실리콘 웨이퍼(40) 상에서 디스플레이 크기에 대응하는 마스크부(110) 9개를 전주도금 할 수 있다.
그리고, 인장부(130)는 별도의 전도성 기재를 사용하여 전주도금으로 제조할 수 있다. 인장부(130)에는 마스크 패턴(P)이 형성되지 않고, 실질적으로는 프레임(200)에 부착되지 않고 스틱 마스크(150)로부터 분리되어 제거되는 부분이다. 따라서, 인장부(130)는 마스크부(110)에 비해 완벽한 수준의 전주도금막 품질을 요구하지는 않는다. 인장부(130)에 소정의 결함이 존재하여도 실질적인 OLED 화소 증착 공정에서 악영향을 미치지는 않는다. 물론, 인장부(130)를 단결정 실리콘 웨이퍼(40) 상에서 전주도금으로 제조할 수도 있다.
도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 스틱 마스크(150)를 구성하는 마스크부(110)와 인장부(130)는 별도로 제조될 수 있다. 복수의 마스크 패턴(P)이 형성된 하나의 마스크 셀(C) 및 마스크 셀(C) 주변의 더미를 포함하는 마스크부(110)는 단결정 실리콘 웨이퍼(40) 상에서 결함이 없는 상태의 품질 좋은 도금막으로 형성될 수 있다. 그리고, 마스크부(110)의 적어도 양측에 연결될 한쌍의 인장부(130)는 별도의 전도성 기재에서 형성될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 스틱 마스크(150)를 나타내는 개략도이다.
도 9를 참조하면, 도 8의 (b)와 같이 별도로 제조한 마스크부(110) 및 한쌍의 인장부(130)를 접착할 수 있다. 마스크부(110)와 인장부(130)는 수십㎛ 정도의 얇은 두께를 가지는 도금막이므로, 동일한 수평면 상에서 측면을 연결하여 부착하기는 매우 어렵다. 따라서, 마스크부(110)와 인장부(130)는 수직상에서 각각 다른 영역을 점유하는 것이 바람직하다. 수직상에서 다른 영역을 점유한다는 것은, 스틱 마스크(150)를 구성할 때, 상호 동일한 높이 공간에 마스크부(110)와 인장부(130)가 위치하지는 않는다는 의미로 이해될 수 있다. 다른 관점에서, 마스크부(110)와 인장부(130)는 수평상에서, 상호 중첩되는 중첩부(OR)를 포함할 수 있다. 즉, 중첩부(OR) 부분을 매개로 하여 마스크부(110)와 인장부(130)가 서로 일체로 접착되어 연결됨에 따라 스틱 마스크(150)를 구성할 수 있다.
중첩부(OR) 부분의 폭은 2mm보다 작을 수 있다. 마스크부(110)와 인장부(130)는 중첩부(OR) 부분에 유/무기 접착제를 개재하여 상호 접착될 수 있다.
또는, 마스크부(110)와 인장부(130)는 중첩부(OR) 부분에 용접을 수행하여 상호 접착될 수 있다
또는, 마스크부(110)와 인장부(130)는 중첩부(OR) 부분에 유테틱 재질의 접착제를 개재하여 상호 접착될 수 있다. 유테틱 재질의 접착제는 In, Sn, Bi, Au 등의 그룹과 Sn, Bi, Ag, Zn, Cu, Sb, Ge 등의 그룹에서 적어도 하나의 금속을 포함하는 접착제로서, 필름, 선, 다발 형태 등의 다양한 모양을 가질 수 있고, 약 10 ~ 30㎛의 얇은 두께를 가질 수 있다. 유테틱 재질의 접착제는 적어도 두 개의 금속 고상(solid phase)을 포함하고, 특정 온도/압력의 유테틱 포인트(eutectic point)에서는 두 개의 금속 고상이 모두 액상(liquid phase)이 될 수 있다. 그리고 유테틱 포인트를 벗어나면 다시 두 개의 금속 고상이 될 수 있다. 이에 따라, 고상 -> 액상 -> 고상의 상변화를 통해 접착제로서의 역할을 수행할 수 있는 것이다.
유테틱 접착제를 마스크부(110)와 인장부(130)의 중첩부(OR) 부분에 개재한 후 소정의 온도/압력을 가할 수 있다. 공공(void)이 생기지 않도록 소정의 압력을 가할 수 있고, 유테틱 산화방지를 위해서 산화방지 가스(inert gas, 진공)를 흐르게 하는 별도의 장치(미도시)를 마련할 수 있다. 소정의 온도/압력 하에서 고체인 유테틱 접착제는 녹으면서 액체로 변할 수 있다. 다음으로, 소정의 온도/압력(HP)을 해제한 후, 유테틱 접착제가 다시 고체로 변하면서 마스크부(110)와 인장부(130)를 접착시킬 수 있다.
유테틱 접착제는 휘발성 유기물을 전혀 포함하고 있지 않다. 따라서, 접착제의 휘발성 유기물질이 공정 가스와 반응하여 OLED의 화소에 악영향을 주거나, 접착제 자체에 포함된 유기물질 등의 아웃 가스가 화소 공정 챔버를 오염시키거나 불순물로서 OLED 화소에 증착되는 악영향을 방지할 수 있게 된다. 또한, 유테틱 접착제는 고체이므로, OLED 유기물 세정액에 의해서 세정되지 않고 내식성을 가질 수 있게 된다. 또한, 두가지 이상의 금속을 포함하고 있으므로, 유기 접착제에 비해서 동일한 금속 재질인 마스크부(110) 및 인장부(130)와 높은 접착성을 가지고 연결될 수 있고, 금속 재질이므로 변형 가능성이 낮은 이점이 있다.
마스크부(110)와 인장부(130)를 연결하여 제조한 스틱 마스크(150) 중에서 마스크부(110)의 일면[상부면]은 프레임(200) 상에 부착되어, 실질적으로 마스크(100)로서 사용되고, 인장부(130)는 인장 및 프레임(200) 부착 공정을 마친 후 분리 제거될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 스틱 마스크(150)를 이용하여 프레임 일체형 마스크를 제조하는 과정을 나타내는 개략도이다. 일 실시예로, 마스크부(110)를 용접(W)하여 프레임(200)과 부착을 수행할 수 있다. 상술했듯이, 마스크(100)는 스틱 마스크(150)에서 실제로 프레임(200)에 부착되어, OLED 증착 과정에서 마스크로서 기능하는 부분을 의미하므로, 스틱 마스크(150)의 마스크부(110)는 마스크(100)와 실질적으로 동일한 부분인 것으로 이해될 수 있다.
도 10의 (a)를 참조하면, 스틱 마스크(150)를 프레임(200)[제1, 2 그리드 프레임부(220, 230), 또는 테두리 프레임부(210)가 될 수도 있음]의 상부에 배치한다. 스틱 마스크(150)의 인장부(130)의 돌출부(131)를 클램퍼가 클램핑하고 인장력(F1-F4)을 인가함에 따라 스틱 마스크(150)가 팽팽하게 인장된 상태로 프레임(200)에 대응될 수 있다.
하나의 마스크 셀(C) 영역을 구성하는 프레임(200)의 구성[테두리 프레임부(210), 제1, 2 그리드 프레임부(220, 230)]들은 마스크부(110)를 둘러싸는 형상을 가질 수 있다.
마스크부(110)가 접촉하는 프레임(200) 상부에는 접착부(TA)가 형성될 수 있다. 접착부(TA)의 접착제는 에폭시 수지계 접착제 등을 사용할 수 있다. 접착부(TA)에 의해, 마스크(110)의 테두리(110b) 중 적어도 일부가 프레임(200) 상부에 접착 고정될 수 있다.
한편, 접착부(TA)는 스틱 마스크(150)를 임시로 고정하는 효과는 있으나, 접착제와 인바 마스크(100)의 열팽창 계수가 상이하여, 화소 형성 공정에서 온도변화에 따라 접착제가 마스크(100)를 뒤틀리게 하는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 접착제가 공정 가스와 반응하여 생성된 오염물질이 OLED의 화소에 악영향을 줄 수 있고, 접착제 자체에 포함된 유기 솔벤트 등의 아웃 가스가 화소 공정 챔버를 오염시키거나 불순물로서 OLED 화소에 증착되는 악영향을 유발할 수 있다. 또한, 접착제가 점차 제거됨에 따라 마스크(100)가 프레임(200)에서 이탈하게 되는 문제가 발생할 수 있다. 이에 따라, 접착부(TA)를 세정할 필요가 있으나, 접착부(TA)와 스틱 마스크(150)가 접착되어 있어 외부에서 접착부(TA)를 세정하기 어렵고, 무리하게 접착부(TA)를 세정하는 중에 스틱 마스크(150)에 변형이 발생할 가능성도 존재한다. 게다가, 접착부(TA)를 세정하여 모두 제거하였을 경우, 마스크(100)와 프레임(200)을 일체로 접착시키기 위한 다른 방안이 강구된다.
따라서, 본 발명은 도 10의 (b) 내지 (d)와 같은 공정을 수행하여, 마스크(100)[또는, 스틱 마스크(150)]에 영향을 주지 않고, 접착부(TA)만을 완전히 제거할 수 있다. 그리고, 접착부(TA)를 대체하여 용접부(110c)를 마스크부(110)와 프레임(200) 사이에 개재시켜, 마스크(100)와 프레임(200)을 일체로 접착시킬 수 있다.
도 10의 (b)를 참조하면, 테두리 부분의 마스크부(110b)를 이용하여 마스크부(110b)와 프레임(200) 간에 레이저 용접(W)을 수행할 수 있다. 레이저를 테두리 부분의 마스크부(110b)[또는, 마스크부(110)의 더미] 상부에 조사하면, 마스크부(110b)의 일부가 용융되어 용접부(110c)가 생성될 수 있다. 구체적으로 레이저는 접착부(TA)가 형성된 영역보다 내측 영역에 조사될 필요가 있다. 이후 공정에서 프레임(200) 외측[또는, 마스크부(110)의 외측면]으로부터 세정액을 침투하여 접착부(TA)를 제거해야 하므로, 용접부(110c)는 접착부(TA)보다 내측에 생성해야 한다. 또한, 프레임(200)의 모서리쪽에 가깝게 용접부(110c)를 형성해야 마스크부(110)와 프레임(200) 사이의 들뜬 공간을 최대한 줄이고 밀착성을 높일 수 있게 된다. 용접부(110c)는 라인(line) 또는 스팟(spot) 형태로 생성될 수 있으며, 마스크부(110b)와 동일한 재질을 가지고 마스크부(110b)와 프레임(200)을 일체로 연결하는 매개체가 될 수 있다.
다음으로, 도 10의 (c)를 참조하면, 접착부(TA)에 대응하는 마스크부(110)의 영역 경계에 레이저(L)를 조사하여 마스크부(110b)와 박리막(110d) 사이에 분리 선을 형성할 수 있다. 즉, 마스크부(110b)에서 박리막(110d)의 경계에 레이저(L)를 조사하여 레이저 트리밍(laser trimming) 함에 따라 마스크부(110)으로부터 박리막(110d)을 분리할 수 있다. 하지만, 박리막(110d)이 곧바로 떼어져 나가는 것은 아니며 접착부(TA)와 접착된 상태를 유지한다.
다음으로, 도 10의 (d)를 참조하면, 접착부(TA)를 세정(C)할 수 있다. 접착제에 따라 공지의 세정 물질을 제한없이 사용할 수 있고, 마스크부(110)의 측면으로부터 세정액이 침투하여 접착부(TA)를 세정(C)할 수 있다. 이에 따라 접착부(TA)를 완전히 제거할 수 있다.
이어서, 마스크부(110)에서 분리된 박리막(110d) 및 인장부(130)를 박리(peel off; PO)한다. 박리막(110d)은 접착부(TA)가 제거되어 프레임(200)과 접착된 상태가 아니고, 마스크부(110)과 분리되어 있으므로, 곧바로 떼어질 수 있다. 박리막(110d)과 인장부(130)는 일체로 연결된 상태에므로, 박리막(110d)이 떼어질 때 인장부(130)도 같이 떼어져서 제거될 수 있다.
다음으로, 도 11의 (e)를 참조하면, 마스크부(110)[또는, 마스크(100)]와 프레임(200)이 일체로 형성된 프레임 일체형 마스크가 완성된다. 하나의 스틱 마스크(150)를 프레임(200) 상에 부착하고, 순차적으로 나머지 스틱 마스크(150)를 마스크 셀(C)에 대응시키고, 프레임(200)에 부착하는 과정을 반복할 수 있다. 이미 프레임(200)에 접착된 마스크(100)가 기준 위치를 제시할 수 있으므로, 나머지 마스크(100)들을 셀(C)에 순차적으로 대응시키고 정렬 상태를 확인하는 과정에서의 시간이 현저하게 감축될 수 있는 이점이 있다. 그리고, 하나의 마스크 셀 영역에 부착된 마스크(100)와 이에 이웃하는 마스크 셀 영역에 부착된 마스크(100) 사이의 PPA(pixel position accuracy)가 3㎛를 초과하지 않게 되어, 정렬이 명확한 초고화질 OLED 화소 형성용 마스크를 제공할 수 있는 이점이 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프레임 일체형 마스크(100, 200)를 이용한 OLED 화소 증착 장치(1000)를 나타내는 개략도이다.
도 11을 참조하면, OLED 화소 증착 장치(1000)는, 마그넷(310)이 수용되고, 냉각수 라인(350)이 배설된 마그넷 플레이트(300)와, 마그넷 플레이트(300)의 하부로부터 유기물 소스(600)를 공급하는 증착 소스 공급부(500)를 포함한다.
마그넷 플레이트(300)와 소스 증착부(500) 사이에는 유기물 소스(600)가 증착되는 유리 등의 대상 기판(900)이 개재될 수 있다. 대상 기판(900)에는 유기물 소스(600)가 화소별로 증착되게 하는 프레임 일체형 마스크(100, 200)[또는, FMM]이 밀착되거나 매우 근접하도록 배치될 수 있다. 마그넷(310)이 자기장을 발생시키고 자기장에 의해 대상 기판(900)에 밀착될 수 있다.
증착 소스 공급부(500)는 좌우 경로를 왕복하며 유기물 소스(600)를 공급할 수 있고, 증착 소스 공급부(500)에서 공급되는 유기물 소스(600)들은 프레임 일체형 마스크(100, 200)에 형성된 패턴(P)을 통과하여 대상 기판(900)의 일측에 증착될 수 있다. 프레임 일체형 마스크(100, 200)의 패턴(P)을 통과한 증착된 유기물 소스(600)는 OLED의 화소(700)로서 작용할 수 있다.
새도우 이펙트(Shadow Effect)에 의한 화소(700)의 불균일 증착을 방지하기 위해, 프레임 일체형 마스크(100, 200)의 패턴은 경사지게 형성(S)[또는, 테이퍼 형상(S)으로 형성]될 수 있다. 경사진 면을 따라서 대각선 방향으로 패턴을 통과하는 유기물 소스(600)들도 화소(700)의 형성에 기여할 수 있으므로, 화소(700)는 전체적으로 두께가 균일하게 증착될 수 있다.
본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.
40: 모판
100: 마스크
110: 마스크부
130: 인장부
131: 돌출부
150: 스틱 마스크
200: 프레임
210: 테두리 프레임부
220: 제1 그리드 프레임부
230: 제2 그리드 프레임부
1000: OLED 화소 증착 장치
C: 셀, 마스크 셀
P: 마스크 패턴
TA: 접착부
W: 용접

Claims (25)

  1. 복수의 마스크 패턴이 형성된 하나의 마스크 셀 및 마스크 셀 주변의 더미를 포함하는 마스크부; 및
    마스크부의 적어도 양측에 연결되는 한쌍의 인장부
    를 포함하고,
    스틱 마스크 중에서 적어도 마스크부는 단결정 실리콘 웨이퍼 상에서 전주 도금(Electroforming)으로 형성되고, 인장부는 단결정 실리콘 웨이퍼가 아닌 전도성 기재 상에서 전주 도금으로 형성되며,
    마스크부 및 인장부는 인바(invar) 또는 슈퍼 인바(super invar) 재질이고,
    마스크부는 사각 형상이며, 인장부의 일측은 연결되는 마스크부의 일측과 동일한 길이 또는 폭을 가지는, 스틱 마스크.
  2. 제1항에 있어서,
    수직상에서, 마스크부 및 인장부는 다른 영역을 점유하는, 스틱 마스크.
  3. 제1항에 있어서,
    수평상에서, 마스크부와 인장부는 상호 중첩되는 중첩부를 포함하는, 스틱 마스크.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    인장부는 클램퍼가 클램핑하는 적어도 하나의 돌출부를 포함하는, 스틱 마스크.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 스틱 마스크의 제조 방법으로서,
    (a) 복수의 마스크 패턴이 형성된 하나의 마스크 셀 및 마스크 셀 주변의 더미를 포함하는 마스크부를 준비하는 단계;
    (b) 한쌍의 인장부를 준비하는 단계; 및
    (c) 마스크부의 적어도 양측에 인장부를 각각 연결하는 단계
    를 포함하고,
    (a) 단계에서, 마스크부는 단결정 실리콘 웨이퍼 상에서 전주 도금(Electroforming)으로 형성하며,
    (b) 단계에서, 인장부는 단결정 실리콘 웨이퍼가 아닌 전도성 기재 상에서 전주 도금으로 형성하고,
    마스크부 및 인장부는 인바(invar) 또는 슈퍼 인바(super invar) 재질이며,
    마스크부는 사각 형상이고, 인장부의 일측은 연결되는 마스크부의 일측과 동일한 길이 또는 폭을 가지는, 스틱 마스크의 제조 방법.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제12항에 있어서,
    (c) 단계 이후,
    수직상에서, 마스크부 및 인장부는 다른 공간을 점유하고,
    수평상에서, 마스크부와 인장부는 적어도 일부가 상호 중첩되는, 스틱 마스크의 제조 방법.
  16. 제12항에 있어서,
    마스크부와 인장부는 적어도 두 금속의 합금을 포함하는 접착제를 사용하여 연결하는, 스틱 마스크의 제조 방법.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 마스크와 마스크를 지지하는 프레임이 일체로 형성된 프레임 일체형 마스크의 제조 방법으로서,
    (a) 복수의 마스크 패턴이 형성된 하나의 마스크 셀 및 마스크 셀 주변의 더미를 포함하는 마스크부를 준비하는 단계;
    (b) 한쌍의 인장부를 준비하는 단계;
    (c) 마스크부의 적어도 양측에 인장부를 각각 연결하여 스틱 마스크를 제조하는 단계;
    (d) 제1 방향, 제1 방향에 수직인 제2 방향 중 적어도 하나의 방향을 따라 복수의 마스크 셀 영역을 구비하는 프레임을 준비하는 단계;
    (e) 스틱 마스크의 마스크 셀을 프레임의 하나의 마스크 셀 영역에 대응하는 단계; 및
    (f) 마스크부의 더미의 적어도 일부를 프레임에 부착하는 단계
    를 포함하고,
    (a) 단계에서, 마스크부는 단결정 실리콘 웨이퍼 상에서 전주 도금(Electroforming)으로 형성하며,
    (b) 단계에서, 인장부는 단결정 실리콘 웨이퍼가 아닌 전도성 기재 상에서 전주 도금으로 형성하고,
    마스크부 및 인장부는 인바(invar) 또는 슈퍼 인바(super invar) 재질이며,
    마스크부는 사각 형상이고, 인장부의 일측은 연결되는 마스크부의 일측과 동일한 길이 또는 폭을 가지는, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법.
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
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