KR102485406B1 - 마스크 금속막의 제조 방법, 마스크 지지 템플릿의 제조 방법 및 프레임 일체형 마스크의 제조 방법 - Google Patents

마스크 금속막의 제조 방법, 마스크 지지 템플릿의 제조 방법 및 프레임 일체형 마스크의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마스크 지지 템플릿과 그의 제조 방법 및 프레임 일체형 마스크와 그의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 마스크 지지 템플릿은, OLED 화소 형성용 마스크(100)를 지지하여 프레임(200)에 대응시키는 템플릿(template; 50)으로서, 템플릿(50), 템플릿(50) 상에 형성된 임시접착부(55) 및 임시접착부(55)를 개재하여 템플릿(50) 상에 접착되고, 마스크 패턴(P)이 형성된 마스크(100)를 포함하며, 마스크(100)는 압연(rolling) 공정으로 제조된 마스크 금속막(sheet;110")의 중앙부(115")를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

마스크 금속막의 제조 방법, 마스크 지지 템플릿의 제조 방법 및 프레임 일체형 마스크의 제조 방법 {PRODUCING METHOD OF MASK METAL SHEET AND PRODUCING METHOD OF TEMPLATE FOR SUPPORTING MASK AND PRODUCING METHOD OF MASK INTEGRATED FRAME}
본 발명은 마스크 금속막의 제조 방법, 마스크 지지 템플릿의 제조 방법 및 프레임 일체형 마스크의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 마스크에 미세한 마스크 패턴을 형성하고, 마스크의 변형없이 안정적으로 지지 및 이동이 가능하며, 프레임 상에서 각 마스크 간의 얼라인(align)을 명확하게 할 수 있는 마스크 금속막의 제조 방법, 마스크 지지 템플릿의 제조 방법 및 프레임 일체형 마스크의 제조 방법에 관한 것이다.
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 마스크 제조 방법은, 마스크로 사용될 금속 박판을 마련하고, 금속 박판 상에 PR 코팅 후 패터닝을 하거나, 패턴을 가지도록 PR 코팅한 후, 식각을 통해 패턴을 가지는 마스크를 제조하였다. 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. 따라서, 마스크 패턴의 크기를 정밀하게 조절하는 기술 개발이 필요한 실정이다.
한편, 기존의 OLED 제조 공정에서는 마스크를 스틱 형태, 플레이트 형태 등으로 제조한 후, 마스크를 OLED 화소 증착 프레임에 용접 고정시켜 사용한다. 대면적 OLED 제조를 위해서 여러 개의 마스크를 OLED 화소 증착 프레임에 고정시킬 수 있는데, 프레임에 고정하는 과정에서 각 마스크가 평평하게 되도록 인장을 하게 된다. 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.
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, 마스크에 미세한 마스크 패턴을 형성할 수 있는 마스크 금속막의 제조 방법, 마스크 지지 템플릿의 제조 방법을 제공하는 것을 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.
본 발명의 상기의 목적은, (a) 압연(rolling) 공정으로 제조된 마스크 금속막(sheet)을 준비하는 단계; (b) 마스크 금속막의 제1 면 상에서 표면 결함을 제거하며 두께를 감축하는 단계;(c) 마스크 금속막의 제1 면 상에서 식각으로 두께를 감축하는 단계;를 포함하는, 마스크 금속막의 제조 방법에 의해 달성된다.
(d) 마스크 금속막의 제1 면의 반대면인 제2 면 상에서 표면 결함을 제거하며 두께를 감축하는 단계;(e) 마스크 금속막의 제2 면 상에서 식각으로 두께를 감축하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
(b) 단계의 두께 감축은, 마스크 금속막의 초기 두께 기준 2.5% 내지 12.5%에 대해 수행할 수 있다.
(b) 단계는, 래핑(Lapping), 폴리싱(Polishing), 버핑(Buffing) 중 어느 하나의 방법을 사용하여 수행할 수 있다.
(c) 단계의 두께 감축은, (b) 단계의 두께 감축량보다 두꺼운 두께를 감축할 수 있다.
(c) 단계는, 습식 식각을 사용하여 수행할 수 있다.
(c) 단계 후, 마스크 금속막의 두께는 5㎛ 내지 20㎛일 수 있다.
(b) 단계 후, 제1 면 상에 존재하는 (x축 길이):(y 축 길이)의 비율이 k:l[k, l은 양수이고, k는 l보다 큰 수]인 결함이, m:n[m, n은 양수]인 결함으로 형태가 변하고, k/l > m/n 을 만족할 수 있다.
(b) 단계 후, 제1 면 상의 결함 내에 포함된 입자가 제거될 수 있다.
(b) 단계 후, 마스크 금속막의 마스크 셀부를 제외한 나머지 영역, 또는 마스크 금속막의 용접부 영역 상에 절연부를 형성하고, 절연부가 형성되지 않은 영역 상에 (c) 단계를 수행할 수 있다.
그리고, 본 발명의 상기의 목적은, OLED 화소 형성용 마스크를 지지하여 프레임에 대응시키는 템플릿(template)의 제조 방법으로서, (a) 압연(rolling) 공정으로 제조된 마스크 금속막(sheet)을 일면에 임시접착부가 형성된 템플릿 상에 접착하는 단계; (b) 마스크 금속막의 제1 면 상에서 표면 결함을 제거하며 두께를 감축하는 단계; (c) 마스크 금속막의 제1 면 상에서 식각으로 두께를 감축하는 단계;를 포함하는, 마스크 지지 템플릿의 제조 방법에 의해 달성된다.
(d) 마스크 금속막에 마스크 패턴을 형성하여 마스크를 제조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
(a) 단계는, (a1) 마스크 금속막의 제1 면의 반대면인 제2 면 상에 절연부를 형성하는 단계; (a2) 일면에 임시접착부가 형성된 템플릿 상에 절연부를 개재하여 마스크 금속막을 템플릿 상부면에 접착하는 단계;를 포함할 수 있다.
(d) 마스크 금속막과 템플릿을 분리하는 단계; (e) 마스크 금속막의 제1 면을, 일면에 임시접착부가 형성된 제2 템플릿 상에 접착하는 단계; (f) 마스크 금속막의 제1 면의 반대면인 제2 면 상에서 표면 결함을 제거하며 두께를 감축하는 단계; (g) 마스크 금속막의 제2 면 상에서 식각으로 두께를 감축하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
(b) 단계의 두께 감축은, 마스크 금속막의 초기 두께 기준 2.5% 내지 12.5%에 대해 수행할 수 있다.
(b) 단계는, 래핑(Lapping), 폴리싱(Polishing), 버핑(Buffing) 중 어느 하나의 방법을 사용하여 수행할 수 있다.
(c) 단계의 두께 감축은, (b) 단계의 두께 감축량보다 두꺼운 두께를 감축할 수 있다.
(c) 단계는, 습식 식각을 사용하여 수행할 수 있다.
(c) 단계 후, 마스크 금속막의 두께는 5㎛ 내지 20㎛일 수 있다.
(b) 단계 후, 제1 면 상에 존재하는 (x축 길이):(y 축 길이)의 비율이 k:l[k, l은 양수이고, k는 l보다 큰 수]인 결함이, m:n[m, n은 양수]인 결함으로 형태가 변하고, k/l > m/n 을 만족할 수 있다.
(b) 단계 후, 제1 면 상의 결함 내에 포함된 입자가 제거될 수 있다.
(b) 단계 후, 마스크 금속막의 마스크 셀부를 제외한 나머지 영역, 또는 마스크 금속막의 용접부 영역 상에 절연부를 형성하고, 절연부가 형성되지 않은 영역 상에 (c) 단계를 수행할 수 있다.
그리고, 본 발명의 상기의 목적은, OLED 화소 형성용 마스크를 지지하여 프레임에 대응시키는 템플릿(template)의 제조 방법으로서, (a) 상기 제조 방법으로 제조된 마스크 금속막을 일면에 임시접착부가 형성된 템플릿 상에 접착하는 단계; (b) 마스크 금속막에 마스크 패턴을 형성하여 마스크를 제조하는 단계;를 포함하는, 마스크 지지 템플릿의 제조 방법에 의해 달성된다.
그리고, 본 발명의 상기의 목적은, 적어도 하나의 마스크와 마스크를 지지하는 프레임이 일체로 형성된 프레임 일체형 마스크의 제조 방법으로서, (a) 적어도 하나의 마스크 셀 영역을 구비한 프레임 상에, 상기 제조 방법으로 제조된 마스크 지지 템플릿을 로딩하여 마스크를 프레임의 마스크 셀 영역에 대응하는 단계; (b) 마스크를 프레임에 부착하는 단계를 포함하는, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법에 의해 달성된다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 마스크에 미세한 마스크 패턴을 형성할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 마스크가 쳐지거나 뒤틀리는 등의 변형을 방지하고 정렬을 명확하게 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 일체형 마스크를 나타내는 정면도 및 측단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크를 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크 금속막을 나타내는 개략도 및 마스크 금속막의 표면 결함을 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크 금속막의 제조 과정을 나타내는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크 지지 템플릿 상에서 마스크 금속막의 제조 과정을 나타내는 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 템플릿 상에 마스크 금속막을 접착하고 마스크를 형성하여 마스크 지지 템플릿을 제조하는 과정을 나타내는 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 템플릿을 프레임 상에 로딩하여 마스크를 프레임의 셀 영역에 대응시키는 상태를 나타내는 개략도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크를 프레임에 부착한 후 마스크와 템플릿을 분리하는 과정을 나타내는 개략도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크를 프레임의 셀 영역에 부착한 상태를 나타내는 개략도이다.
도 10은 본 발명의 일 실험예에 따른 마스크 금속막의 표면 결함 제거 공정 전후의 표면 사진이다.
도 11은 본 발명의 일 실험예에 따른 마스크 금속막의 결함 샘플에 대한 표면 결함 제거 공정 전후의 표면 광학현미경 사진이다.
도 12는 본 발명의 일 실험예에 따른 마스크 금속막의 결함 샘플에 대한 표면 결함 제거 공정 전후의 표면 AFM(Atomic Force Microscope) 사진이다.
도 13 내지 도 16은 일 실험예에 따른 마스크 금속막의 결함 샘플에 대한 표면 결함 제거 공정 전후의 배율별 광학현미경 사진이다.
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 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 일체형 마스크를 나타내는 정면도[도 1의 (a)] 및 측단면도[도 1의 (b)]이다.
본 명세서에서는 아래에서 프레임 일체형 마스크의 구성을 간단히 설명하나, 프레임 일체형 마스크의 구조, 제조 과정은 한국특허출원 제2018-0016186호의 내용이 전체로서 산입된 것으로 이해될 수 있다.
종래의 스틱 마스크는 복수의 마스크 셀들이 하나의 마스크에 포함되므로, 스틱 마스크의 각 축에 가하는 인장력을 미세하게 조절함에도 불구하고, 마스크 셀들의 상호간에 정렬이 잘 되지 않는 문제점이 나타난다. 셀들의 패턴 간에 거리가 상호 다르게 되거나, 패턴(P)들이 비뚤어지는 것이 그 예이다. 긴 스틱 마스크는 하중에 의해 쉽게 쳐지거나 뒤틀어지게 되고, 각 마스크 셀들을 모두 평평하게 하도록 인장력을 조절하면서, 각 셀들간의 정렬 상태를 현미경을 통해 실시간으로 확인하는 것은 매우 어려운 문제점이 있었다. 본 발명은 프레임(200)에 일체로 형성되는 마스크(100)가 쳐지거나 뒤틀리는 등의 변형이 방지되고, 프레임(200)에 명확히 정렬될 수 있게 된다.
도 1을 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. 이하에서는, 설명의 편의상 사각 형태의 마스크(100)를 예로 들어 설명하나, 마스크(100)들은 프레임(200)에 부착되기 전에는 양측에 클램핑되는 돌출부를 구비한 스틱 마스크 형태일 수 있으며, 프레임(200)에 부착된 후에 돌출부가 제거될 수 있다.
각각의 마스크(100)에는 복수의 마스크 패턴(P)이 형성되며, 하나의 마스크(100)에는 하나의 셀(C)이 형성될 수 있다. 하나의 마스크 셀(C)은 스마트폰 등의 디스플레이 하나에 대응할 수 있다.
마스크(100)는 인바(invar), 슈퍼 인바(super invar), 니켈(Ni), 니켈-코발트(Ni-Co) 등의 재질일 수도 있다. 마스크(100)는 압연(rolling) 공정 또는 전주 도금(electroforming)으로 생성한 금속 시트(sheet)를 사용할 수 있다.
프레임(200)은 복수의 마스크(100)를 부착시킬 수 있도록 형성된다. 프레임(200)은 열변형을 고려하여 마스크와 동일한 열팽창계수를 가지는 인바, 슈퍼 인바, 니켈, 니켈-코발트 등의 재질로 구성되는 것이 바람직하다. 프레임(200)은 대략 사각 형상, 사각틀 형상의 테두리 프레임부(210)를 포함할 수 있다. 테두리 프레임부(210)의 내부는 중공 형태일 수 있다.
이에 더하여, 프레임(200)은 복수의 마스크 셀 영역(CR)을 구비하며, 테두리 프레임부(210)에 연결되는 마스크 셀 시트부(220)를 포함할 수 있다. 마스크 셀 시트부(220)는 테두리 시트부(221) 및 제1, 2 그리드 시트부(223, 225)로 구성될 수 있다. 테두리 시트부(221) 및 제1, 2 그리드 시트부(223, 225)는 동일한 시트에서 구획된 각 부분을 지칭하며, 이들은 상호간에 일체로 형성된다.
테두리 프레임부(210)의 두께는 마스크 셀 시트부(220)의 두께보다 두꺼운 수mm 내지 수cm의 두께로 형성될 수 있다. 마스크 셀 시트부(220)는 테두리 프레임부(210)의 두께보다는 얇지만, 마스크(100)보다는 두꺼운 약 0.1mm 내지 1mm 정도로 두께일 수 있다. 제1, 2 그리드 시트부(223, 225)의 폭은 약 1~5mm 정도로 형성될 수 있다.
평면의 시트에서 테두리 시트부(221), 제1, 2 그리드 시트부(223, 225)가 점유하는 영역을 제외하여, 복수의 마스크 셀 영역(CR: CR11~CR56)이 제공될 수 있다.
프레임(200)은 복수의 마스크 셀 영역(CR)을 구비하고, 각각의 마스크(100)는 각각 하나의 마스크 셀(C)이 마스크 셀 영역(CR)에 대응되도록 부착될 수 있다. 마스크 셀(C)은 프레임(200)의 마스크 셀 영역(CR)에 대응하고, 더미의 일부 또는 전부가 프레임(200)[마스크 셀 시트부(220)]에 부착될 수 있다. 이에 따라, 마스크(100)와 프레임(200)이 일체형 구조를 이룰 수 있게 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크(100)를 나타내는 개략도이다.
마스크(100)는 복수의 마스크 패턴(P)이 형성된 마스크 셀(C) 및 마스크 셀(C) 주변의 더미(DM)를 포함할 수 있다. 압연 공정, 전주 도금 등으로 생성한 금속 시트로 마스크(100)를 제조할 수 있고, 마스크(100)에는 하나의 셀(C)이 형성될 수 있다. 더미(DM)는 셀(C)을 제외한 마스크 막(110)[마스크 금속막(110)] 부분에 대응하고, 마스크 막(110)만을 포함하거나, 마스크 패턴(P)과 유사한 형태의 소정의 더미 패턴이 형성된 마스크 막(110)을 포함할 수 있다. 더미(DM)는 마스크(100)의 테두리에 대응하여 더미(DM)의 일부 또는 전부가 프레임(200)[마스크 셀 시트부(220)]에 부착될 수 있다.
마스크 패턴(P)의 폭은 40㎛보다 작게 형성될 수 있고, 마스크(100)의 두께는 약 5~20㎛로 형성될 수 있다. 프레임(200)이 복수의 마스크 셀 영역(CR: CR11~CR56)을 구비하므로, 각각의 마스크 셀 영역(CR: CR11~CR56)에 대응하는 마스크 셀(C: C11~C56)을 가지는 마스크(100)도 복수개 구비할 수 있다. 또한, 후술할 복수개의 마스크(100)의 각각을 지지하는 복수의 템플릿(50)을 구비할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크 금속막을 나타내는 개략도(a) 및 마스크 금속막의 표면 결함을 나타내는 개략도[(b), (c)]이다.
도 2에서 상술한 마스크(100)를 만들기 위해서 마스크 금속막(110)에 마스크 패턴(P)을 형성하는 공정이 필요하다. 마스크 패턴(P)은 식각(etching) 등으로 형성될 수 있다. UHD 이상의 고해상도의 OLED를 구현하기 위해 마스크 패턴(P)의 폭이 40㎛보다 작게 형성되어야 하며, 마스크 패턴(P)이 테이퍼 형상, 경사진 형상을 가지는 것까지 고려하면 사용되는 마스크 금속막의 두께도 20㎛ 이하로 얇아질 필요가 있다.
마스크 패턴(P)을 미세하게 형성해야 하므로, 마스크 금속막(110') 내의 결정립(grain)의 형태, 방향까지 고려하여 식각을 수행하는 것이 필요하다. 결정립의 방향성에 따라서 식각 속도(etching rate)가 차이가 생기기 때문에, 불균일한 결정립에 대해서 식각을 수행하면 원하는 폭의 마스크 패턴(P)이 생성되지 않을 수 있고, 수 ㎛의 오차조차 고해상도 구현의 성패를 좌우할 수 있다.
도 3의 (a)를 참조하면, 일반적으로 압연(rolling)으로 생성한 금속막(sheet)의 경우에는 표면, 즉, 상부면과 하부면의 결정립의 형태, 방향 등이 금속막의 중앙부 부분과 차이가 있다. 마스크 금속막(110")의 상부 표면(111")으로부터 소정 두께에 해당하는 부분(116")[상층부(116")]과 하부 표면(112")으로부터 소정 두께에 해당하는 부분(117")[하층부(117")]과, 상층부(116") 및 하층부(117")를 제외한 중앙부(115")에 해당하는 부분은 결정립의 특성에 차이가 있다. 상층부(116")와 하층부(117")는 압연에 의해 결정립이 압연 방향으로 길게 배향되고 불규칙한 형태를 가질 수 있다. 중앙부(115")는 결정립이 대체로 방향성이 없고 구형의 형태를 가질 수 있다. 따라서, 결정립의 형태 차이에 의한 식각 오차가 발생하는 것을 방지하기 위하여, 마스크 금속막(110")의 상부(116")와 하부(117")에 대해서 두께 감축 공정을 수행하여 중앙부(115")를 포함한 마스크 금속막(110)을 사용하여 마스크를 제조하는 것이 바람직하게 고려된다. 결정립이 불규칙하지 않고 균일한 중앙부(115")만을 식각하여 마스크 패턴(P)을 형성하면, 마스크 패턴(P)의 폭을 미세하게 제어할 수 있게 되는 이점이 있다.
여기에 더하여, 도 3의 (a)처럼 마스크 금속막(110")의 두께를 감축하는 공정을 수행할때, 표면에 존재하는 결함(defect)도 중요하게 고려될 수 있다.
도 3의 (b)를 참조하면, 마스크 금속막(110')의 표면에는, 압연 과정에서 금속막이 밀리면서 발생하는 압연 밀림 자국, 딤플(dimple)과 같은 긁힘 결함(SD1) 및 SiO2, Al2O3 등의 산화물, 이물질과 같은 입자 결함(SD2)이 존재한다. 이러한 결함(SD1, SD2)들은 마스크 금속막(110')의 두께를 감축한 공정 후에도 중앙부(115")에 결함을 발생시킬 가능성이 있다.
도 3의 (c)처럼, 식각(WE)을 통해 두께를 감축하는 공정을 수행할 때, 긁힘 결함(SD1)의 형태를 따라 식각이 진행(SD1 -> SD1' -> SD1")되는 문제점이 발생할 수 있다. 또한, 입자 결함(SD2)은 식각(WE)을 마스킹하거나 식각 비율을 다르게 하여 입자 결함(SD2) 주변만 식각(SD2 -> SD2' -> SD2" -> SD2"')되는 문제점이 발생할 수 있다. 다시 말해, 긁힘 결함(SD1), 입자 결함(SD2)의 표면 형태가 그대로 중앙부(115")까지 전사될 수 있는 것이다.
따라서, 본 발명은 이러한 표면 결함(SD1, SD2)을 제거한 후 두께 감축 공정을 수행하여 마스크 금속막(110)을 제조하는 것을 특징으로 한다. 표면 결함(SD1, SD2)이 제거되고 평탄화된 표면 상에서 두께 감축 공정을 수행하므로 두께 감축 후에도 균질하고 평탄화된 표면 상태를 가지게 되는 이점이 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크 금속막의 제조 과정을 나타내는 개략도이다.
도 4의 (a)를 참조하면, 압연 공정으로 제조된 마스크 금속막(110')을 준비할 수 있다. 마스크 금속막(110')의 일면(제1 면; 111') 또는 양면(제1, 2 면; 111', 112')에는 표면 결함(SD1, SD2)이 존재할 수 있다. 본 발명은 일면(111')에 대해서만 표면 결함 제거 및 두께 감축 공정을 수행할 수도 있고, 일면(111')에 대해 표면 결함 제거 및 두께 감축 공정을 수행한 후에, 나머지 타면(112')에 대해 표면 결함 제거 및 두께 감축 공정을 순차적으로 수행할 수도 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의상 양면(111', 112')의 표면 결함(SD1, SD2)을 같이 제거하고 두께 감축도 양면에 같이 수행하는 것을 도시하여 설명한다.
이어서, 마스크 금속막(110')의 표면(111', 112')에 대해 표면 결함 제거 공정(PS1)을 수행할 수 있다. 표면 결함 제거 공정(PS1)은 도 3에서 상술한 긁힘 결함(SD1) 및 입자 결합(SD2)을 제거하는 공정이다.
표면 결함 제거 공정(PS1)은 미세하게 표면 처리가 가능한 래핑(Lapping), 폴리싱(Polishing), 버핑(Buffing) 중 어느 하나의 방법을 사용하여 수행할 수 있다. 표면 결함 제거 공정(PS1)을 통해서도 마스크 금속막(110')의 두께가 줄어들 수 있다. 다만, 마스크 금속막의 초기 두께 기준 2.5% 내지 12.5%에 대해 수행하는 것이 바람직하다. 일 예로, 표면 결함 제거 공정(PS1)을 통해 약 40㎛ 두께의 마스크 금속막(110')에 대해서 약 1~5㎛ 정도의 두께 감축을 할 수 있다. 이는 표면 결함(SD1, SD2)이 소정의 깊이를 가지기 때문이며, 표면 결함 제거 공정(PS1)을 통해 적어도 깊이의 굴곡을 보다 평탄해지게 하기 위함이다. 표면이 평탄해질수록 도 3(c)에서 상술한 식각 공정시 표면 형태를 따라 전사되는 문제점을 방지할 수 있다. 또한, 표면 결함 제거 공정(PS1)은 후술할 식각 두께 감축 공정(PS2)보다는 두께를 감축시키는 속도가 느린 편이므로 상대적으로 얇은 두께에 대해서 수행하는 것이 공정 효율상 유리할 수 있다.
다음으로, 도 4의 (b)를 참조하면, 표면 결함 제거 공정(PS1) 후 표면(111', 112')으로부터 소정 두께에 해당하는 표면층(113', 114')이 감축, 제거될 수 있다. 표면 결함 제거 공정(PS1)을 마친 마스크 금속막(110'a)의 표면은 결함이 줄어들고 보다 평탄해질 수 있다. 도 11 이하에서 후술하는 바와 같이, 긁힘 결함(SD1)의 깊이가 줄어들고, 평면의 형태가 옆으로 긴 형태에서 둥근 형태로 가까워지며, 입자 결함(SD2)이 제거된 상태일 수 있다.
다음으로, 도 4의 (c)를 참조하면, 두께 감축 공정(PS2)을 수행할 수 있다. 두께 감축 공정(PS2)은 표면 결함 제거 공정(PS1)의 두께 감축량보다 두꺼운 두께를 감축할 수 있다. 더 두꺼운 두께를 빠른 속도로 감축할 수 있도록 식각, 특히 습식 식각으로 두께 감축 공정(PS2)을 수행할 수 있다. 마스크 금속막(110'a)의 표면 결함(SD1, SD2)이 제거된 상태이므로, 균질한 표면을 따라 두께 감축이 진행될 수 있다.
두께 감축 공정(PS2) 은 소정 두께에 해당하는 부분(116', 117')에 대해 수행될 수 있다. 이 부분(116', 117')은 도 3의 (a)에서 상술한 압연 인바의 상층부(116") 및 하층부(117")와 대응하고, 중앙부(115')에 비해 상대적으로 불규칙한 결정립이 형성된 부분이다. 일 예로, 약 40㎛ 두께의 마스크 금속막(110')에 대해서 약 15~34㎛ 정도의 두께 감축을 할 수 있다.
다음으로, 도 4의 (d)를 참조하면, 두께 감축 공정(PS2) 후 소정 두께에 해당하는 부분(116', 117')이 감축, 제거될 수 있다. 두께가 감축된 후 최종적으로 마스크 금속막(110)의 두께는 약 5㎛ 내지 20㎛일 수 있다.
한편, 표면 결함 제거 공정(PS1) 및 두께 감축 공정(PS2)은 적어도 마스크 금속막(110')의 마스크 셀(C) 부분[도 2 참조]에 대해서만 수행될 수 있다. 즉, 마스크 패턴(P)이 형성될 마스크 셀(C) 부분에 대해서만 표면 결함 제거 공정(PS1) 및 두께 감축 공정(PS2)이 수행됨에 따라, 후속 공정에서 미세한 마스크 패턴(P)을 형성할 수 있다. 다른 관점으로, 후술할 마스크(100)가 용접에 의해 프레임(200)에 잘 부착[도 7 참조]될 수 있도록, 적어도 용접부(WP)의 두께를 마스크 셀(C)보다 두껍게 형성할 수 있다. 이를 위해, 용접부(WP)[또는, 더미(DM)의 적어도 일부] 외의 부분에 대해서만 표면 결함 제거 공정(PS1) 및 두께 감축 공정(PS2)이 수행할 수 있다.
표면 결함 제거 공정(PS1) 후, 마스크 셀(C) 부분을 제외한 나머지 부분에 포토레지스트 등 절연부(미도시)를 형성해두고, 마스크 셀(C) 부분에 대해서 두께 감축 공정(PS2)을 수행함에 따라 마스크 셀(C) 부분, 용접부(WP)[또는, 더미(DM)]와 두께 차이를 구현하고 단차를 형성할 수 있다. 이에 따라, 마스크 셀(C) 부분, 또는 용접부(WP) 부분을 제외한 나머지 부분의 두께는 약 5㎛ 내지 20㎛일 수 있고, 용접부(WP) 또는 더미(DM) 부분은 이보다 두꺼운 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 마스크 금속막(110)은 압연 금속막의 중앙부(115')를 포함하므로 결정립의 형태가 규칙적이고, 균질한 표면을 가지며 표면 결함이 없으므로, 마스크 패턴(P)을 형성하기 위한 공정에서 미세한 식각 공정이 가능하게 되는 효과가 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크 지지 템플릿 상에서 마스크 금속막의 제조 과정을 나타내는 개략도이다.
일 예로, 마스크 금속막(110)의 표면 결함 제거 공정(PS1) 및 두께 감축 공정(PS2)은 지지기판(40, 45) 상에서 수행될 수 있다. 이 지지기판(40, 45)은 도 6에서 후술할 템플릿(50)에 대응하며, 템플릿(50)으로 대체될 수 있다. 템플릿(50) 상에서 마스크 금속막(110)이 제조됨에 따라 곧바로 마스크 패턴(P)을 형성하여 마스크(100)가 제조될 수 있으며, 마스크(100)가 지지된 템플릿(50)을 프레임(200) 상으로 이동하여 곧바로 프레임 일체형 마스크를 제조할 수 있게 되는 이점이 있다.
도 5의 (a)를 참조하면, 마스크 금속막(110')의 하부면(112')[제1 면(111')의 반대인 제2 면]을 지지기판(40)에 접착부(41)를 사용하여 접착시킬 수 있다. 접착부(41)는 후술할 임시접착부(55)와 동일한 재질 또는 소정의 접착력을 가지며 추후 분리가능한 재질을 제한없이 사용할 수 있다.
마스크 금속막(110')을 지지기판(40)에 접착시킨 후, 상부면(111')[제1 면]에서 표면 결함 제거 공정(PS1) 및 두께 감축 공정(PS2)을 수행할 수 있다. 표면 결함 제거 공정(PS1) 후에 마스크 금속막(110")의 표면층(113')이, 두께 감축 공정(PS2)후에 상층부(116')가 감축, 제거될 수 있다.
지지기판(40), 접착부(41) 및 마스크 금속막(110'b)의 상태를 그대로 후술할 도 6 (b) 단계로 대체할 수 있다. 이때, 지지기판(45)은 템플릿(50), 접착부(45)는 후술할 임시접착부(55)에 대응할 수 있다. 마스크 금속막(110')의 양면이 아닌 일면에서만 표면 결함을 제거하고 두께 감축 공정을 수행하더라도, 마스크 패턴(P)을 형성할때 결함 부분이 식각에 의해 전사되는 것을 방지할 수 있다. 마스크 패턴(P)을 형성하는 식각 공정도 표면 결함이 제거된 제1 면 방향으로 수행되기 때문이다. 양면에 공정을 수행하는 것은 도 5의 (b)~(d)를 통해 더 설명한다.
다음으로, 도 5의 (b)를 참조하면, 다른 지지기판(45)을 준비하고 마스크 금속막(110'b)의 상부면[제1 면]을 지지기판(45)에 접착부(46)를 사용하여 접착시킬 수 있다. 지지기판(45)과 접착부(45)는 지지기판(40) 및 접착부(41)와 동일할 수 있다. 또는, 지지기판(45)은 후술할 템플릿(50), 접착부(45)는 후술할 임시접착부(55)에 대응할 수 있다. 이 경우 도 5의 (b)~(d) 단계는 도 6의 (b) 단계로 대체될 수도 있다.
다음으로, 도 5의 (c)를 참조하면, 마스크 금속막(110'b)을 지지기판(45)에 접착시킨 후, 지지기판(40)을 분리할 수 있다. 이어서, 제2 면(112")에서 표면 결함 제거 공정(PS1) 및 두께 감축 공정(PS2)을 수행할 수 있다. 표면 결함 제거 공정(PS1) 후에 마스크 금속막(110")의 표면층(114')이, 두께 감축 공정(PS2)후에 하층부(117')가 감축, 제거될 수 있다.
다음으로, 도 5의 (d)를 참조하면, 마스크 금속막(110)의 제조가 완료될 수 있다. 마스크 금속막(110)은 중앙부(115')를 포함하고, 마스크 금속막(110)의 두께는 약 5㎛ 내지 20㎛가 될 수 있다.
한편, 도 4 및 도 5에서는 마스크 금속막(110)을 압연 공정으로 제조된 것을 상정하여 설명하였으나, 전주 도금 등 다른 공정으로 제조된 마스크 금속막의 경우라도 표면 부분과 중앙 부분의 결정립의 특성 차이가 있을 수 있으므로, 동일한 공정(PS1, PS2)을 적용할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 템플릿(50) 상에 마스크 금속막(110)을 접착하고 마스크(100)를 형성하여 마스크 지지 템플릿을 제조하는 과정을 나타내는 개략도이다.
도 6의 (a)를 참조하면, 템플릿(template; 50)을 제공할 수 있다. 템플릿(50)은 마스크(100)가 일면 상에 부착되어 지지된 상태로 이동시킬 수 있는 매개체이다. 중심부(50a)는 마스크 금속막(110)의 마스크 셀(C)에 대응하고, 테두리부(50b)는 마스크 금속막(110)의 더미(DM)에 대응할 수 있다. 마스크 금속막(110)이 전체적으로 지지될 수 있도록 템플릿(50)의 크기는 마스크 금속막(110)보다 면적이 동일하거나 큰 평판 형상일 수 있다.
템플릿(50)은 마스크(100)를 프레임(200)에 정렬시키고 접착하는 과정에서 비전(vision) 등을 관측하기 용이하도록 투명한 재질인 것이 바람직하다. 또한, 투명한 재질인 경우 레이저가 관통할 수도 있다. 투명한 재질로서 글래스(glass), 실리카(silica), 내열유리, 석영(quartz), 알루미나(Al2O3), 붕규산유리(borosilicate glass), 지르코니아(zirconia) 등의 재질을 사용할 수 있다. 일 예로, 템플릿(50)은 붕규산유리 중 우수한 내열성, 화학적 내구성, 기계적 강도, 투명성 등을 가지는 BOROFLOAT® 33 재질을 사용할 수 있다. 또한, BOROFLOAT® 33은 열팽창계수가 약 3.3으로 인바 마스크 금속막(110)과 열팽창계수 차이가 적어 마스크 금속막(110)의 제어에 용이한 이점이 있다.
한편, 템플릿(50)은 마스크 금속막(110)[또는, 마스크(100)]과의 계면 사이에서 에어갭(air gap)이 발생하지 않도록, 마스크 금속막(110)과 접촉하는 일면이 경면일 수 있다. 이를 고려하여, 템플릿(50)의 일면의 표면 조도(Ra)가 100nm 이하일 수 있다. 표면 조도(Ra)가 100nm 이하인 템플릿(50)을 구현하기 위해, 템플릿(50)은 웨이퍼(wafer)를 사용할 수 있다. 웨이퍼(wafer)는 표면 조도(Ra)가 약 10nm 정도이고, 시중의 제품이 많고 표면처리 공정들이 많이 알려져 있으므로, 템플릿(50)으로 사용할 수 있다. 템플릿(50)의 표면 조도(Ra)가 nm 스케일이기 때문에 에어갭이 없거나, 거의 없는 수준으로, 레이저 용접에 의한 용접 비드(WB)의 생성이 용이하여 마스크 패턴(P)의 정렬 오차에 영향을 주지 않을 수 있다.
템플릿(50)은 템플릿(50)의 상부에서 조사하는 레이저(L)가 마스크(100)의 용접부(용접을 수행할 영역)에까지 도달할 수 있도록, 템플릿(50)에는 레이저 통과공(51)이 형성될 수 있다. 레이저 통과공(51)은 용접부의 위치 및 개수에 대응하도록 템플릿(50)에 형성될 수 있다. 용접부는 마스크(100)의 테두리 또는 더미(DM) 부분에서 소정 간격을 따라 복수개 배치되어 있으므로, 레이저 통과공(51)도 이에 대응하도록 소정 간격을 따라 복수개 형성될 수 있다. 일 예로, 용접부는 마스크(100)의 양측(좌측/우측) 더미(DM) 부분에 소정 간격을 따라 복수개 배치되어 있으므로, 레이저 통과공(51)도 템플릿(50)이 양측(좌측/우측)에 소정 간격을 따라 복수개 형성될 수 있다.
레이저 통과공(51)은 반드시 용접부의 위치 및 개수에 대응될 필요는 없다. 예를 들어, 레이저 통과공(51) 중 일부에 대해서만 레이저(L)를 조사하여 용접을 수행할 수도 있다. 또한, 용접부에 대응되지 않는 레이저 통과공(51) 중 일부는 마스크(100)와 템플릿(50)을 정렬할 때 얼라인 마크를 대신하여 사용할 수도 있다. 만약, 템플릿(50)의 재질이 레이저(L) 광에 투명하다면 레이저 통과공(51)을 형성하지 않을 수도 있다.
템플릿(50)의 일면에는 임시접착부(55)가 형성될 수 있다. 임시접착부(55)는 마스크(100)가 프레임(200)에 부착되기 전까지 마스크(100)[또는, 마스크 금속막(110')]이 임시로 템플릿(50)의 일면에 접착되어 템플릿(50) 상에 지지되도록 할 수 있다.
임시접착부(55)는 열을 가함에 따라 분리가 가능한 접착제 또는 접착 시트, UV 조사에 의해 분리가 가능한 접착제 또는 접착시트를 사용할 수 있다.
일 예로, 임시접착부(55)는 액체 왁스(liquid wax)를 사용할 수 있다. 액체 왁스는 반도체 웨이퍼의 폴리싱 단계 등에서 이용되는 왁스와 동일한 것을 사용할 수 있고, 그 유형이 특별히 한정되지는 않는다. 액체 왁스는 주로 유지력에 관한 접착력, 내충격성 등을 제어하기 위한 수지 성분으로 아크릴, 비닐아세테이트, 나일론 및 다양한 폴리머와 같은 물질 및 용매를 포함할 수 있다. 일 예로, 임시접착부(55)는 수지 성분으로 아크릴로나이트릴 뷰타디엔 고무(ABR, Acrylonitrile butadiene rubber), 용매 성분으로 n-프로필알코올을 포함하는 SKYLIQUID ABR-4016을 사용할 수 있다. 액체 왁스는 스핀 코팅을 사용하여 임시접착부(55) 상에 형성할 수 있다.
액체 왁스인 임시접착부(55)는 85℃~100℃보다 높은 온도에서는 점성이 낮아지고, 85℃보다 낮은 온도에서 점성이 커지고 고체처럼 일부 굳을 수 있어, 마스크 금속막(110')과 템플릿(50)을 고정 접착할 수 있다.
다음으로, 도 6의 (b)를 참조하면, 템플릿(50) 상에 마스크 금속막(110)을 접착할 수 있다. 액체 왁스를 85℃이상으로 가열하고 마스크 금속막(110)을 템플릿(50)에 접촉시킨 후, 마스크 금속막(110) 및 템플릿(50)을 롤러 사이에 통과시켜 접착을 수행할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 템플릿(50)에 약 120℃, 60초 동안 베이킹(baking)을 수행하여 임시접착부(55)의 솔벤트를 기화시키고, 곧바로, 마스크 금속막 라미네이션(lamination) 공정을 진행할 수 있다. 라미네이션은 임시접착부(55)가 일면에 형성된 템플릿(50) 상에 마스크 금속막(110)을 로딩하고, 약 100℃의 상부 롤(roll)과 약 0℃의 하부 롤 사이에 통과시켜 수행할 수 있다. 그 결과로, 마스크 금속막(110')이 템플릿(50) 상에서 임시접착부(55)를 개재하여 접촉될 수 있다.
또 다른 예로, 임시접착부(55)는 열박리 테이프(thermal release tape)를 사용할 수 있다. 열박리 테이프는 가운데에 PET 필름 등의 코어 필름이 배치되고, 코어 필름의 양면에 열박리가 가능한 점착층(thermal release adhesive)이 배치되며, 점착층의 외곽에 박리 필름/이형 필름가 배치된 형태일 수 있다. 여기서 코어 필름의 양면에 배치되는 점착층은 상호 박리되는 온도가 상이할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 박리 필름/이형 필름을 제거한 상태에서, 열박리 테이프의 하부면(코어 필름의 하부 제2 점착층)은 템플릿(50)에 접착되고, 열박리 테이프의 상부면(코어 필름의 상부 제1 점착층)은 마스크 금속막(110')에 접착될 수 있다. 제1 점착층과 제2 점착층은 상호 박리되는 온도가 상이하므로, 후술할 도 16에서 마스크(100)로부터 템플릿(50)을 분리할 때, 제1 점착층이 열박리 되는 열을 가함에 따라 마스크(100)는 템플릿(50) 및 임시접착부(55)로부터 분리가 가능해질 수 있다.
한편, 마스크 금속막(110)은 일면 또는 양면에 도 4의 공정(PS1, PS2)이 수행된 것을 사용할 수 있다. 또는, 도 6의 (b)를, 도 5의 (a) 단계처럼 마스크 금속막(110')을 지지기판(40)[템플릿(50)에 대응]에 접착한 후 일면에 대해 공정(PS1, PS2)을 수행한 후의 상태로 대체할 수 있다. 또는, 도 6의 (b)를, 도 5의 (a)~(d) 단계처럼 마스크 금속막(110')을 지지기판(40)[템플릿에 대응]에 접착한 후 일면에 대해 공정(PS1, PS2)을 수행하고, 마스크 금속막(110'b)을 지지기판(45)[제2 템플릿에 대응]에 접착한 후 타면에 대해 공정(PS1, P2)을 수행한 후의 상태로 대체할 수 있다.
또 한편, 상기 도 4, 도 5의 두께 감축 공정(PS2)은 마스크 셀(C) 부분에 대해서만 수행할 수 있다. 표면 결함 제거 공정(PS1) 후, 마스크 금속막(110')의 용접부(WP)에 대응하는 영역에만 포토레지스트 등 절연부(미도시)를 형성하거나, 또는, 마스크 금속막(110')이 템플릿(50) 상에 접착지지된 상태에서 마스크 금속막(110')의 용접부(WP)에 대응하는 영역에만 포토레지스트 등 절연부(미도시)를 형성한 후, 마스크 셀(C) 부분에 대해 공정(PS2)을 수행하여 용접부(WP)는 두껍게 형성하여 마스크 셀(C) 부분과 단차를 이루게 하고, 동시에 마스크 패턴(P)이 형성될 마스크 셀(C) 부분의 표면은 결함이 없는 상태로 만들 수 있다.
또 한편, 마스크 금속막(110)의 하부면 상에 포토레지스트 같은 절연부(미도시)를 더 형성하고, 절연부를 마스크 금속막(110)과 임시접착부(55) 사이에 개재되도록 접착할 수도 있다. 도 6의 (c) 단계에서 식각액이 마스크 금속막(110)과 임시접착부(55)의 계면까지 진입하여 임시접착부(55)/템플릿(50)을 손상시키고, 마스크 패턴(P)의 식각 오차를 발생시키는 것을 방지하기 위해서 절연부를 더 형성하는 것이다. 식각액에 강한 내구성을 가지도록 절연부는 경화성 네거티브 포토레지스트, 에폭시를 포함하는 네거티브 포토레지스트 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 일 예로, 에폭시 기반의 SU-8 포토레지스트, 블랙 매트릭스(black matrix) 포토레지스트를 사용하여 임시접착부(55)의 베이킹, 절연부(25)의 베이킹[도 6의 (c) 참조] 등의 과정에서 같이 경화가 되도록 하는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 6의 (c)를 참조하면, 마스크 금속막(110) 상에 패턴화된 절연부(25)를 형성할 수 있다. 절연부(25)는 프린팅 법 등을 이용하여 포토레지스트 재질로 형성될 수 있다.
이어서, 마스크 금속막(110)의 식각을 수행할 수 있다. 건식 식각, 습식 식각 등의 방법을 제한없이 사용할 수 있고, 식각 결과 절연부(25) 사이의 빈 공간(26)으로 노출된 마스크 금속막(110)의 부분이 식각될 수 있다. 마스크 금속막(110)의 식각된 부분은 마스크 패턴(P)을 구성하고, 복수의 마스크 패턴(P)이 형성된 마스크(100)가 제조될 수 있다.
이때, 마스크 금속막(110)은 표면 결함이 제거된 상태이므로 식각 공정에서 원하는 패턴 형태로 식각이 가능하다. 미세한 마스크 패턴(P)을 형성할 수 있으므로, 고해상도 OLED 화소 공정에 사용될 수 있는 마스크(100)를 제조할 수 있는 효과가 있다.
다음으로, 도 6의 (d)를 참조하면, 절연부(25)를 제거하여 마스크(100)를 지지하는 템플릿(50)의 제조를 완료할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 템플릿(50)을 프레임(200) 상에 로딩하여 마스크(100)를 프레임(200)의 셀 영역(CR)에 대응시키는 상태를 나타내는 개략도이다. 도 7에는 하나의 마스크(100)를 셀 영역(CR)에 대응/부착하는 것이 예시되나, 복수의 마스크(100)를 동시에 각각 모든 셀 영역(CR)에 대응시켜서 마스크(100)를 프레임(200)에 부착하는 과정을 수행할 수도 있다. 이 경우, 복수개의 마스크(100)의 각각을 지지하는 복수의 템플릿(50)을 구비할 수 있다.
템플릿(50)은 진공 척(90)에 의해 이송될 수 있다. 진공 척(90)으로 마스크(100)가 접착된 템플릿(50) 면의 반대 면을 흡착하여 이송할 수 있다. 진공 척(90)이 템플릿(50)을 흡착하여 플립한 후, 프레임(200) 상으로 템플릿(50)을 이송하는 과정에서도, 마스크(100)의 접착 상태 및 정렬 상태에는 영향이 없게 된다.
다음으로, 도 7을 참조하면, 마스크(100)를 프레임(200)의 하나의 마스크 셀 영역(CR)에 대응할 수 있다. 템플릿(50)을 프레임(200)[또는, 마스크 셀 시트부(220)] 상에 로딩하는 것으로 마스크(100)를 마스크 셀 영역(CR)에 대응시킬 수 있다. 템플릿(50)/진공 척(90)의 위치를 제어하면서, 현미경을 통해 마스크(100)가 마스크 셀 영역(CR)에 대응하는지 살펴볼 수 있다. 템플릿(50)이 마스크(100)를 압착하므로, 마스크(100)와 프레임(200)은 긴밀히 맞닿을 수 있다.
한편, 하부 지지체(70)를 프레임(200) 하부에 더 배치할 수도 있다. 하부 지지체(70)는 마스크(100)가 접촉하는 마스크 셀 영역(CR)의 반대면을 압착할 수 있다. 동시에, 하부 지지체(70)와 템플릿(50)이 상호 반대되는 방향으로 마스크(100)의 테두리 및 프레임(200)[또는, 마스크 셀 시트부(220)]를 압착하게 되므로, 마스크(100)의 정렬 상태가 흐트러지지 않고 유지될 수 있게 된다.
이어서, 마스크(100)에 레이저(L)를 조사하여 레이저 용접에 의해 마스크(100)를 프레임(200)에 부착할 수 있다. 레이저 용접된 마스크의 용접부 부분에는 용접 비드(WB)가 생성되고, 용접 비드(WB)는 마스크(100)/프레임(200)과 동일한 재질을 가지고 일체로 연결될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크(100)를 프레임(200)에 부착한 후 마스크(100)와 템플릿(50)을 분리하는 과정을 나타내는 개략도이다.
도 8을 참조하면, 마스크(100)를 프레임(200)에 부착한 후, 마스크(100)와 템플릿(50)을 분리(debonding)할 수 있다. 마스크(100)와 템플릿(50)의 분리는 임시접착부(55)에 열 인가(ET), 화학적 처리(CM), 초음파 인가(US), UV 인가(UV) 중 적어도 어느 하나를 통해 수행할 수 있다. 마스크(100)는 프레임(200)에 부착된 상태를 유지하므로, 템플릿(50)만을 들어올릴 수 있다. 일 예로, 85℃~100℃보다 높은 온도의 열을 인가(ET)하면 임시접착부(55)의 점성이 낮아지게 되고, 마스크(100)와 템플릿(50)의 접착력이 약해지게 되어, 마스크(100)와 템플릿(50)이 분리될 수 있다. 다른 예로, IPA, 아세톤, 에탄올 등의 화학 물질에 임시접착부(55)를 침지(CM)함으로서 임시접착부(55)를 용해, 제거 등의 방식으로 마스크(100)와 템플릿(50)이 분리될 수 있다. 다른 예로, 초음파를 인가(US)하거나, UV를 인가(UV)하면 마스크(100)와 템플릿(50)의 접착력이 약해지게 되어, 마스크(100)와 템플릿(50)이 분리될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크(100)를 프레임(200)에 부착한 상태를 나타내는 개략도이다. 도 14에서는 모든 마스크(100)를 프레임(200)의 셀 영역(CR)에 부착한 상태를 나타낸다. 하나씩 마스크(100)를 부착한 후 템플릿(50)을 분리할 수 있지만, 모든 마스크(100)를 부착한 후 모든 템플릿(50)을 분리할 수 있다.
템플릿(50)은 진공 척(90)에 의해 마스크(100)로부터 분리되고, 마스크(100) 상면에는 제1 절연부(23)가 잔존하게 된다. 제1 절연부(23)는 경화성 포토레지스트인 경우에 습십 공정으로 제거가 용이하지 않다. 따라서, 마스크(100) 상의 제1 절연부(23)를 제거하기 위해, 플라즈마(PS), UV(UV) 중 적어도 어느 하나를 인가할 수 있다. 프레임 일체형 마스크(100, 200)를 별도의 챔버(미도시)에 로딩한 후, 대기압 플라즈마 또는 진공 플라즈마(PS)나 UV(UV)를 인가하여 제1 절연부(23)만을 제거하는 공정을 수행할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크(100)를 프레임(200)에 부착한 상태를 나타내는 개략도이다.
도 9를 참조하면, 하나의 마스크(100)는 프레임(200)의 하나의 셀 영역(CR) 상에 부착될 수 있다. 프레임(200)의 마스크 셀 시트부(220)는 얇은 두께를 가지기 때문에, 마스크(100)에 인장력이 가해진 채로 마스크 셀 시트부(220)에 부착이 되면, 마스크(100)에 잔존하는 인장력이 마스크 셀 시트부(220) 및 마스크 셀 영역(CR)에 작용하게 되어 이들을 변형시킬 수도 있다. 따라서, 마스크(100)에 인장력을 가하지 않은 채로 마스크 셀 시트부(220)에 마스크(100)의 부착을 수행해야 한다. 본 발명은 템플릿(50) 상에 마스크(100)를 부착하고, 템플릿(50)을 프레임(200) 상에 로딩하는 것만으로 마스크(100)를 프레임(200)의 마스크 셀 영역(CR)에 대응하는 과정이 완료되므로, 이 과정에서 마스크(100)에 어떠한 인장력도 가하지 않을 수 있다.
본 발명의 경우는, 마스크(100)의 하나의 셀(C)을 대응시키고 정렬 상태를 확인하기만 하면 되므로, 복수의 셀을 동시에 대응시키고 정렬 상태를 모두 확인하여야 하는 종래의 방법보다, 제조시간을 현저하게 감축시킬 수 있다.
한편, 도 6의 (b) 단계에서 상술한 바와 같이, 라미네이션 공정으로 템플릿(50)에 마스크 금속막(110)을 접착할 때, 약 100℃의 온도가 마스크 금속막(110)에 가해질 수 있다. 이에 의해 마스크 금속막(110)에 일부 인장 장력이 걸린 상태로 템플릿(50)에 접착될 수 있다. 그 후, 마스크(100)가 프레임(200)에 부착되고, 템플릿(50)이 마스크(100)와 분리되면, 마스크(100)는 소정양 수축할 수 있다.
각각의 마스크(100)들이 모두 대응되는 마스크 셀 영역(CR) 상에 부착된 후에 템플릿(50)과 마스크(100)들이 분리되면, 복수의 마스크(100)들이 상호 반대방향으로 수축되는 장력을 인가하기 때문에, 그 힘이 상쇄되어 마스크 셀 시트부(220)에는 변형이 일어나지 않게 된다. 예를 들어, CR11 셀 영역에 부착된 마스크(100)와 CR12 셀 영역에 부착된 마스크(100) 사이의 제1 그리드 시트부(223)는 CR11 셀 영역에 부착된 마스크(100)의 우측 방향으로 작용하는 장력과 CR12 셀 영역에 부착된 마스크(100)의 좌측 방향으로 작용하는 장력이 상쇄될 수 있다. 그리하여, 장력에 의한 프레임(200)[또는, 마스크 셀 시트부(220)]에는 변형이 최소화되어 마스크(100)[또는, 마스크 패턴(P)]의 정렬 오차가 최소화 될 수 있는 이점이 있다.
이하에서는, 도 4에서 상술한 표면 결함 제거 공정(PS1)을 통해 표면 결함(SD1, SD2)이 제거되는 것을 실험예를 통해 살펴본다.
도 10은 본 발명의 일 실험예에 따른 마스크 금속막의 표면 결함 제거 공정 전후의 표면 사진이다. 도 10의 (a)와 (c), (b)와 (d)는 동일한 영역에서의 공정 전후를 나타낸다.
일 실험예에 따르면, 표면 결함 제거 공정(PS1)은 40㎛ 두께의 압연 인바 금속막에 대하여, 버핑(Buffing)으로 2㎛의 두께만큼 수행하였다.
도 10의 (a)와 (b)처럼, 마스크 금속막의 표면에는 압연 과정에서 금속막이 밀리면서 발생하는 압연 밀림 자국과 같은 긁힘 결함(SD1)이 존재함을 확인할 수 있다. 압연 방향이 x축 방향임을 고려할 때, (a)는 100㎛ 이상의 가늘고 긴 긁힘 결함(SD1), (b)는 10㎛ 이상의 가늘고 긴 긁힘 결함(SD1) 및 긁힘 결함(SD1) 내에 SiO2, Al2O3 등의 산화물, 이물질과 같은 입자 결함(SD2)이 안착되어 있음을 확인할 수 있다.
도 10의 (c)를 참조하면 긁힘 결함(SD1)은 제거됨을 확인할 수 있다. 100㎛ 이상의 가늘고 긴 긁힘 결함(SD1)이지만 결함의 깊이는 2㎛보다도 적은 수치이기 때문에 결함이 제거될 수 있다.
또한, 도 10의 (d)를 참조하면, 가늘고 긴 긁힘 결함(SD1)의 형태는 둥그스러운 형태로 변해있고, 입자 결함(SD2)은 제거됨을 확인할 수 있다. 즉, 긁힘 결함(SD1)의 사이즈가 감소하고, 입자 결함(SD2)은 제거된 것이다. 다만, 입자 결함(SD2)의 긁힘 결함(SD1)에 안착된 크기에 따라서, 가늘고 긴 긁힘 결함(SD1)의 형태가 매우 얇고 둥그스럽운 형태로 변해 있음을 확인할 수 있다. 깊이가 매우 얇고 둥그렇게 퍼져있는 형태이므로, 마스크 패턴(P) 형성을 위한 식각을 수행하여도 결함의 낮은 곡률 형태에 의한 균일한 평탄도가 유지될 수 있다. 결과적으로, 식각 과정 중 결함 형태가 전사되어도 오차를 내지 않거나 무시할 수 있게 된다.
아래 표는 표면 결함 제거 공정(PS1) 전후의 결함 수와 사이즈를 나타낸다. 9개의 샘플에 대하여 100mm X 100mm의 면적에 존재하는 결함을 확인하였다.
샘플 공정 전 결함 수(개) 공정 후 결함 수(개)
1 1 0
2 3 3
3 14 8
4 15 4
5 17 10
6 7 7
7 8 8
8 1 0
9 1 0
Total 67 39
결함 크기 백분위 공정 전 결함 크기(㎛) 공정 후 결함 크기(㎛)
MAX(100%) 373.3 20.9
75% 25.6 11.1
MEDIAN(50%) 17.7 10.6
25% 12.8 7.1
MIN(0%) 5.7 4.5
Average 56.7 10.3
표 1을 참조하면, 9개의 샘플 모두에서 공정 후 결함이 제거/감소된 것을 확인할 수 있다. 샘플 1, 8, 9에서는 결함이 모두 제거되었다. 샘플 2~7은 결함 개수가 유지되거나 줄어든 것으로 나타나며 이러한 결함은 긁힘 결함(SD1)과 입자 결함(SD2)이 같이 존재하는 샘플로서, 가늘고 긴 긁힘 결함(SD1)의 형태에서 둥근 형태로 변한 것임을 확인할 수 있다.
표 2를 참조하면, 결함들의 크기가 줄어들었음을 확인할 수 있다. 다시 말해, 샘플 2~7은 가늘고 긴 긁힘 결함(SD1)의 형태에서 크기가 줄어들면서 형태에서 둥근 형태로 변한 것임을 확인할 수 있다.
가늘고 긴 긁힘 결함(SD1)은 평면 상에서 가로의 길이가 세로의 길이보다 긴 결함이다. 즉, (x축 길이):(y 축 길이)가 k:l[k, l은 양수]이되, k는 l보다 큰 수일 수 있다. 이 결함이 공정(PS1) 후 둥근 형태로 변하면, (x축 길이):(y 축 길이)가 m:n[m, n은 양수]이되, k/l > m/n 이도록 될 수 있다. 즉, 적어도 가로의 길이는 줄어들고, 세로의 길이는 늘거나 줄어들 수 있다. 곡률이 줄어들면서 보다 평평해지는 형태로 변하는 것이다.
도 11은 본 발명의 일 실험예에 따른 마스크 금속막의 결함 샘플에 대한 표면 결함 제거 공정 전후의 표면 광학현미경 사진이다. 도 11은 하나의 샘플에서 식별가능한 4개의 결함(#1~#4)을 추적한 사진이다.
도 11의 (a)를 참조하면, #1~#4에서 모두 가늘고 긴 결함을 확인할 수 있다. 특히, 점선 원으로 표시한 결함은 긁힘 결함(SD1)에 입자 결함(SD2)까지 포함된 결함임을 확인할 수 있다.
도 11의 (b)를 참조하면, 공정(PS1) 후에 #1~#4에서 점선 원으로 표시한 결함을 제외한 대부분의 결함들은 제거된 것을 확인할 수 있다. #1, #3, #4에서는 입자 결함(SD2)을 포함한 가늘고 긴 긁힘 결함(SD1)이 둥근 형태로 변한 것을 확인할 수 있다. 또한, 공정(PS1) 후 진한 정도가 연해진 것으로 보아 결함의 깊이도 감축되었음을 확인할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실험예에 따른 마스크 금속막의 결함 샘플에 대한 표면 결함 제거 공정 전후의 표면 AFM(Atomic Force Microscope) 사진이다.
도 12를 참조하면 공정(PS1) 후 마스크 금속막의 표면이 더욱 균질해짐을 쉽게 확인할 수 있다. 도 12 (a)는 가로줄무늬의 명암이 나타나며 표면의 부분마다 높낮이 차이가 크게 나타나는 반면, 도 12 (b)는 점선 원 부분을 제외하고는 명암이 그라데이션을 나타내며 표면의 부분의 높낮이가 평탄한 정도로 나타나는 것을 확인할 수 있다. 또한, 공정(PS1) 후 점선 원 부분의 진한 정도가 연해진 것으로 보아 결함의 깊이도 감축되었음을 확인할 수 있다.
도 13 내지 도 16은 일 실험예에 따른 마스크 금속막의 결함 샘플에 대한 표면 결함 제거 공정 전후의 배율별 광학현미경 사진이다. 도 13은 #1, 도 14는 #2, 도 15는 #3, 도 16은 #4 결함에 대해서 50배, 200배, 500배, 1000배만큼 추적하며 관찰한 사진이다. 점선 원 주변의 지그재그 굵은 선은 결함의 용이한 추적을 위해 표면에 임의로 표시해둔 것이다.
도 13, 15, 16을 참조하면, 결함 #1, #3, #4는 모두 가늘고 긴 결함을 확인할 수 있다. 특히, 점선 원으로 표시한 결함은 긁힘 결함(SD1)에 입자 결함(SD2)까지 포함된 결함임을 확인할 수 있다. 또한, 입자 결함(SD2)을 포함한 가늘고 긴 긁힘 결함(SD1)이 둥근 형태로 변한 것을 확인할 수 있다. 또한, 공정(PS1) 후 진한 정도가 연해진 것으로 보아 결함의 깊이도 감축되었음을 확인할 수 있다.
도 14를, 결함 #2도 모두 가늘고 긴 결함을 확인할 수 있다. 특히, 점선 원으로 표시한 결함은 긁힘 결함(SD1)에 입자 결함(SD2)까지 포함된 결함임을 확인할 수 있다. 다만, 결함 #2는 공정(PS1) 후에 결함이 제거된 수준으로 나타난다. 이는 공정(PS1) 입자 결함(SD2)이 깊지 않게 존재하였거나, 초기에 입자 결함(SD2)이 이탈되어 둥근 형태로 남지 않고 결함이 제거된 것으로 이해할 수 있다.
아래 표는 도 13 내지 도 16을 통해 측정한 표면 결함 제거 공정(PS1) 전후의 결함 크기를 나타낸다.
결함 공정 전 x축 길이(㎛) 공정 전 y축 길이(㎛) 공정 전
입자 결함 크기(㎛)		 공정 후 x축 길이(㎛) 공정 후 y축 길이(㎛) 공정 후
입자 결함 크기(㎛)
#1 19.1 5.1 3.0 10.4 7.4 -
#2 21.0 10.6 7.2 15.7 12.0 -
#3 20.7 5.8 5.6 19.7 7.9 -
#4 31.1 9.3 6.5 26.5 10.7 -
표 3을 참조하면, 4개의 결함 모두에서 공정(PS1) 후 입자 결함(SD2)이 제거된 것을 확인할 수 있다. 또한, x축 길이는 가감율이 -45.5%, -25.2%, -4.8%, -14.8%로 길이가 줄어들고, y축 길이는 가감율이 45.1%, 13.2%, 36.2%, 15.0%로 길이가 커진 것을 확인할 수 있다. 이에 따라, 결함의 형태가 가늘고 긴 형태에서 둥근 형태로 변한 것임을 확인할 수 있다.위와 같이, 본 발명은 마스크 금속막의 표면 결함 감축 공정을 수행하여, 표면 결함없이 균질한 표면 상태를 가지도록 할 수 있는 효과가 있다. 이어서 두께 감축 공정을 수행한 후에도 균질한 표면 상태를 유지하도록 하여, 마스크 패턴(P)을 형성하는 식각 공정에서 미세한 마스크 패턴(P)을 형성할 수 있도록 하는 효과가 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, 45: 지지기판
41, 46: 접착제
50: 템플릿(template)
51: 레이저 통과공
55: 임시접착부
100: 마스크
110, 110', 110": 마스크 막, 마스크 금속막
111': 마스크 금속막의 제1 면
112': 마스크 금속막의 제2 면
113': 마스크 금속막의 제1 면 표면층
114': 마스크 금속막의 제2 면 표면층
115': 마스크 금속막의 중앙부
116': 마스크 금속막의 상층부
117': 마스크 금속막의 하층부
200: 프레임
210: 테두리 프레임부
220: 마스크 셀 시트부
221: 테두리 시트부
223: 제1 그리드 시트부
225: 제2 그리드 시트부
1000: OLED 화소 증착 장치
C: 셀, 마스크 셀
CR: 마스크 셀 영역
DM: 더미, 마스크 더미
L: 레이저
P: 마스크 패턴
PS1: 표면 결함 제거 공정
PS2: 두께 감축 공정
WB: 용접 비드
WP: 용접부

Claims (24)

  1. (a) 압연(rolling) 공정으로 제조된 마스크 금속막(sheet)을 준비하는 단계;
    (b) 래핑(Lapping), 폴리싱(Polishing), 버핑(Buffing) 중 어느 하나의 방법을 사용하여, 마스크 금속막의 제1 면 상에서 표면 결함을 제거하며 제1 면 전체의 두께를 감축하는 단계;
    (c) 마스크 금속막의 제1 면 상에서 식각으로 제1 면 전체의 두께를 감축하는 단계;
    를 포함하고,
    (b) 단계의 두께 감축은, 마스크 금속막의 초기 두께 기준 2.5% 내지 12.5%에 대해 수행하고,
    (c) 단계의 마스크 금속막의 두께 감축량은 (b) 단계의 마스크 금속막의 두께 감축량보다 더 크며, (c) 단계 후, 마스크 금속막의 두께는 5㎛ 내지 20㎛인, 마스크 금속막의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    (d) 마스크 금속막의 제1 면의 반대면인 제2 면 상에서 표면 결함을 제거하며 두께를 감축하는 단계;
    (e) 마스크 금속막의 제2 면 상에서 식각으로 두께를 감축하는 단계;
    를 더 포함하는, 마스크 금속막의 제조 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    (c) 단계는, 습식 식각을 사용하여 수행하는, 마스크 금속막의 제조 방법.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    (b) 단계 후,
    제1 면 상에 존재하는 (x축 길이):(y 축 길이)의 비율이 k:l[k, l은 양수이고, k는 l보다 큰 수]인 결함이, m:n[m, n은 양수]인 결함으로 형태가 변하고,
    k/l > m/n 을 만족하는, 마스크 금속막의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    (b) 단계 후, 제1 면 상의 결함 내에 포함된 입자가 제거되는, 마스크 금속막의 제조 방법.
  10. 삭제
  11. OLED 화소 형성용 마스크를 지지하여 프레임에 대응시키는 템플릿(template)의 제조 방법으로서,
    (a) 압연(rolling) 공정으로 제조된 마스크 금속막(sheet)을 일면에 임시접착부가 형성된 템플릿 상에 접착하는 단계;
    (b) 래핑(Lapping), 폴리싱(Polishing), 버핑(Buffing) 중 어느 하나의 방법을 사용하여, 마스크 금속막의 제1 면 상에서 표면 결함을 제거하며 제1 면 전체의 두께를 감축하는 단계;
    (c) 마스크 금속막의 제1 면 상에서 식각으로 제1 면 전체의 두께를 감축하는 단계;
    를 포함하고,
    (b) 단계의 두께 감축은, 마스크 금속막의 초기 두께 기준 2.5% 내지 12.5%에 대해 수행하고,
    (c) 단계의 마스크 금속막의 두께 감축량은 (b) 단계의 마스크 금속막의 두께 감축량보다 더 크며, (c) 단계 후, 마스크 금속막의 두께는 5㎛ 내지 20㎛인, 마스크 지지 템플릿의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    (d) 마스크 금속막에 마스크 패턴을 형성하여 마스크를 제조하는 단계
    를 더 포함하는, 마스크 지지 템플릿의 제조 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    (a) 단계는,
    (a1) 마스크 금속막의 제1 면의 반대면인 제2 면 상에 절연부를 형성하는 단계;
    (a2) 일면에 임시접착부가 형성된 템플릿 상에 절연부를 개재하여 마스크 금속막을 템플릿 상부면에 접착하는 단계;
    를 포함하는, 마스크 지지 템플릿의 제조 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    (d) 마스크 금속막과 템플릿을 분리하는 단계;
    (e) 마스크 금속막의 제1 면을, 일면에 임시접착부가 형성된 제2 템플릿 상에 접착하는 단계;
    (f) 마스크 금속막의 제1 면의 반대면인 제2 면 상에서 표면 결함을 제거하며 두께를 감축하는 단계;
    (g) 마스크 금속막의 제2 면 상에서 식각으로 두께를 감축하는 단계;
    를 더 포함하는, 마스크 지지 템플릿의 제조 방법.
  15. 삭제
  16. 삭제
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  21. 삭제
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  23. OLED 화소 형성용 마스크를 지지하여 프레임에 대응시키는 템플릿(template)의 제조 방법으로서,
    (a) 제1항의 제조 방법으로 제조된 마스크 금속막을 일면에 임시접착부가 형성된 템플릿 상에 접착하는 단계;
    (b) 마스크 금속막에 마스크 패턴을 형성하여 마스크를 제조하는 단계;
    를 포함하는, 마스크 지지 템플릿의 제조 방법.
  24. 적어도 하나의 마스크와 마스크를 지지하는 프레임이 일체로 형성된 프레임 일체형 마스크의 제조 방법으로서,
    (a) 적어도 하나의 마스크 셀 영역을 구비한 프레임 상에, 제12항의 제조 방법으로 제조된 마스크 지지 템플릿을 로딩하여 마스크를 프레임의 마스크 셀 영역에 대응하는 단계;
    (b) 마스크를 프레임에 부착하는 단계
    를 포함하는, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법.
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