KR102619658B1

KR102619658B1 - 미세 메탈 마스크 제조방법

Info

Publication number: KR102619658B1
Application number: KR1020210177946A
Authority: KR
Inventors: 이명복
Original assignee: 대진대학교 산학협력단
Priority date: 2021-12-13
Filing date: 2021-12-13
Publication date: 2023-12-28
Also published as: KR20230089375A

Abstract

본 발명은 도전성 기판 상에 Fe-Ni 다층 박막을 펄스(pulse) 도금법으로 적층하는 제1 단계; 상기 Fe-Ni 다층 박막의 도금 후에 도금층 상에 식각 마스크(Etch mask)로 SiO₂ 또는 SiN_x 박막을 증착하는 제2 단계; 상기 SiO₂ 또는 SiN_x 박막의 증착 후에 포토리소그래피(Photolithography)로 PR(Photoresist) 패턴을 형성하는 제3 단계; 상기 PR 패턴을 마스크로 하여, 반응성 이온 식각(RIE)으로 노출된 영역의 식각 마스크를 제거하는 제4 단계; 상기 노출된 영역의 식각 마스크 제거 후에, 습식 등방성 식각(wet isotropic etching)으로 식각하여 곡면을 갖는 캐비티 어레이(cavity array)를 형성하는 제5 단계; 잔류 식각 마스크를 건식 또는 습식 식각으로 제거하는 제6 단계; 및 상기 도전성 기판에 도금층이 부착된 상태에서 200~900℃에서 열처리 후 상기 도금층을 박리하는 제7 단계를 포함하는 미세 메탈 마스크 제조방법에 관한 것으로, 미세한 결정립과 낮은 잔류응력을 가지며 일정한 합금 비율을 가지도록 하여 변형이 없는 높은 품질의 인바 특성을 가진 미세 메탈 마스크를 제공할 수 있는 효과가 있다.

Description

미세 메탈 마스크 제조방법{METHOD OF MANUFACTURING FINE METAL MASK}

본 발명은 OLED 디스플레이 제조용 미세 메탈 마스크 제조방법에 관한 것이다.

유기발광다이오드(OLED) 디스플레이는 백라이트(backlight)를 사용하지 않고 전계에 의해 자발광을 내는 것으로, 액정 디스플레이(LCD) 대비, 저전력, 빠른 응답속도, 넓은 시야각, 경량/초박형 및 유연/투명 디스플레이에 적용 가능하다는 장점을 가지고 있어 주목받고 있다.

스마트폰, 스마트 워치, 태블릿(tablet), 노트북, AR/VR용 등 중소형 OLED 디스플레이 제조공정에서는, 기판 상에 화소를 형성하기 위하여 3원색(R, G, B) 각각의 컬러(color)에 대응하는 유기물 발광층을 쉐도우 마스크(shadow mask)를 정렬해 가면서 기판 위에 진공 중에서 차례로 증착한다.

미세 메탈 마스크(fine metal mask, FMM)는 유기물 발광층 증착에 사용되는 쉐도우 마스크(shadow mask)로서 OLED의 해상도를 결정하는 핵심 부품이다. 진공 증착 중에 열팽창에 의해 화소 크기가 달라지지 않도록, FMM은 열팽창계수가 낮은 Fe-Ni계 합금인 인바(Invar) 소재를 사용하며 인바 초박판에 관통공 어레이를 형성하여 제작한다. 디스플레이의 고화소화를 위해서는 관통공의 각 홀(hole)들은 미세하면서 균일해야 하며 동시에 증착 물질의 쉐도우 효과(shadow effect)를 최소화하기 위해 적당한 테이퍼(taper)나 기울기를 가지는 것이 바람직하다.

기존의 FMM 제작 공정에서는 압연(rolling) 방식과 전주도금(electroforming) 방식이 사용되고 있다.

압연(rolling) 방식은 복수 개의 롤(roll)을 거쳐 압연하여 인바 박판을 얻고, 이 박판 상에 포토 및 식각 공정을 거쳐 홀 어레이(hole array)를 제작하거나 또는 박판을 레이저 컷팅(laser cutting)하여 홀 어레이를 제작하는 방법이다.

전주도금(electroforming) 방식은 일정한 패턴이 형성되어 있는 기판 상에 Fe-Ni 합금을 도금한 후에 박리(peeling)하는 방법이다.

그러나, 압연 방식은 합금 조성은 균일하지만, 두께 감소에 한계가 있어 20 ㎛이하의 박판을 얻기 어려우며 두께가 얇아질수록 비용이 증가한다는 문제점이 있다. 또한, 박판의 표면이 거칠어 균일하고 미세한 홀 어레이(hole array) 형성이 어렵다는 문제점이 있다. 나아가, 식각 과정에서도 언더컷(undercut)이나 오버컷(overcut) 현상으로 균일하고 정확한 형상 구현이 어렵다는 문제점이 있다.

전주도금 방식은 압연 방식과 대비하여 얇은 두께의 박판을 얻을 수 있으나 미세 패턴의 구현이 용이하지 않고, 합금 도금의 특성상 박판의 두께 방향으로 조성 및 결정립 크기의 조절이 어렵다는 문제점이 있다.

등록특허공보 제10-2119942호(공고일자: 2020. 06. 06) 등록특허공보 제10-1504543호(공고일자: 2015. 03. 20)

전술한 문제점을 개선하기 위한 본 발명의 목적은 차세대 모바일용 및 AR/VR용 초고해상도 (1000 PPI 이상, PPI: pixel per inch) OLED 디스플레이 구현을 위한 미세 메탈 마스크 제조방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 종래 압연 방식과 전주도금 방식으로 제조되는 FMM의 문제점을 해결하고, 두께가 일정하고 평탄한 표면을 가지며 오버컷(overcut) 현상을 최소화할 수 있고 인바 합금 조성의 제어가 용이한 고해상도, 고정밀성, 고품질의 미세 메탈 마스크 제조방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 미세 메탈 마스크 제조방법은 도전성 기판 상에 Fe-Ni 다층 박막을 펄스(pulse) 도금법으로 적층하는 제1 단계; 상기 Fe-Ni 다층 박막의 도금 후에 도금층 상에 식각 마스크(Etch mask)로 SiO₂ 또는 SiN_x 박막을 증착하는 제2 단계; 상기 SiO₂ 또는 SiN_x 박막의 증착 후에 포토리소그래피(Photolithography)로 PR(photoresist) 패턴을 형성하는 제3 단계; 상기 PR 패턴을 마스크로 하여, 반응성 이온 식각(RIE)으로 노출된 영역의 식각 마스크를 제거하는 제4 단계; 상기 노출된 영역의 식각 마스크 제거 후에, 습식 등방성 식각(wet isotropic etching)으로 식각하여 곡면을 갖는 캐비티 어레이(cavity array)를 형성하는 제5 단계; 잔류 식각 마스크를 건식 또는 습식 식각으로 제거하는 제6 단계; 및 상기 도전성 기판에 도금층이 부착된 상태에서 200~900℃에서 열처리 후 상기 도금층을 박리하는 제7 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 단계에서 Fe-Ni 다층 박막은, 상기 도전성 기판 상에 전기도금을 사용하여 Fe_xNi₁ _-x 박막과 Fe_yNi₁ _-y 박막을 교대로 적층하여 형성된 Fe_xNi₁ _-x/ Fe_yNi₁ _-y 다층 박막이고, 각각의 Fe_xNi₁ _-x 박막과 Fe_yNi₁ _-y 박막의 전기도금은 동일한 전해액 속에서 진행하되 펄스 전류 인가에 의한 펄스 도금으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 Fe_yNi₁ _-y 박막의 전기도금의 펄스 트레인과 상기 Fe_xNi₁ _-x 박막의 펄스 트레인은 미리 설정된 지연 시간(t _d )만큼 지연되는 것을 특징으로 한다.

상기 Fe_xNi₁ _-x 박막과 Fe_yNi₁ _-y 박막 각각의 두께는 다층 박막의 열처리후 Invar 조성(Fe-36 wt% Ni)이 되도록 제어되는 것을 특징으로 한다.

상기 제5 단계에서 습식 등방성 식각은 상기 도전성 기판의 상면이 노출되는 때까지 일정시간 진행되는 것을 특징으로 한다.

상기 제7 단계에서 박리된 도금층 중 Fe : Ni의 중량비는 58~70 : 30~42인 것을 특징으로 한다.

상기 제7 단계에서 박리된 도금층 중 Fe, Ni 이외에 Co를 3~7의 중량비로 추가 함유하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 단계에서 적층된 Fe-Ni 다층 박막의 두께는 5 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 미세 메탈 마스크 제조방법은 도전성 기판의 일면에 펄스 도금에 의하여 조성이 서로 다른 Fe-Ni 박막을 교대로 적층하여 다층 박막으로 이루어진 도금층을 형성하고, 도금층상에 PR층을 스핀 도포하고 포토리소그래피에 의해 패턴화된 PR층을 형성하고, 노출 영역을 식각하여 식각 마스크(etch mask)를 제거하고, 식각 마스크를 마스크로 하여 Fe-Ni 다층 박막을 습식 식각하고, 기판에 부착된 도금층을 어닐링 및 분리함으로써, 미세한 결정립과 낮은 잔류응력을 가지며 일정한 합금 비율을 가지도록 하여 높은 품질의 인바 특성을 가진 미세 메탈 마스크를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예는 종래 압연 방식과 전주도금 방식으로 제조되는 FMM의 문제점을 해결하고, 두께가 일정하고 평탄한 표면을 가지며 오버컷(overcut) 현상을 최소화할 수 있고 인바 합금 조성의 제어가 용이한 고해상도, 고정밀성, 고품질의 미세 메탈 마스크를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 차세대 모바일용 및 AR/VR용 초고해상도 OLED 디스플레이 구현을 위한 초정밀 미세 메탈 마스크 제조방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 메탈 마스크 제조방법을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 S10에 사용되는 펄스 도금법의 펄스 인가 방식과 적층 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 메탈 마스크 제조방법에 적용되는 도금 방법을 설명하기 위한 도면이다.

상기한 바와 같은 본 발명을 첨부된 도면들과 실시예들을 통해 상세히 설명하도록 한다.

본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.

또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

또한, 본 발명에서 사용되는 제 1, 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성 요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성 요소도 제 1 구성 요소로 명명될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 메탈 마스크 제조방법을 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 S10에 사용되는 펄스 도금법의 펄스 인가 방식과 적층 구조를 나타내는 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 메탈 마스크 제조방법에 적용되는 도금 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 메탈 마스크 제조방법은 도전성 기판 상에 Fe-Ni 다층 박막을 펄스(pulse) 도금법으로 적층하는 제1 단계와, Fe-Ni 다층 박막의 도금 후에 도금층 상에 식각 마스크(Etch mask)로 SiO₂ 또는 SiN_x 박막을 증착하는 제2 단계와, SiO₂ 또는 SiN_x 박막의 증착 후에 포토리소그래피(Photolithography)로 PR(Photoresist) 패턴을 형성하는 제3 단계와, PR 패턴을 마스크로 하여, 반응성 이온 식각(RIE)으로 노출된 영역의 식각 마스크를 제거하는 제4 단계와, 제4 단계에서 노출된 영역의 식각 마스크 제거 후에, 습식 등방성 식각(wet isotropic etching)으로 식각하여 곡면을 갖는 캐비티 어레이(cavity array)를 형성하는 제5 단계와, 잔류 식각 마스크를 건식 또는 습식 식각으로 제거하는 제6 단계와, 도전성 기판에 도금층이 부착된 상태에서 200~900℃에서 열처리 후 도금층을 박리하는 제7 단계를 포함한다.

상기 제1 단계에서 Fe-Ni 다층 박막은, 도전성 기판 상에 전기도금을 사용하여 Fe_xNi₁ _-x 박막과 Fe_yNi₁ _-y 박막을 교대로 적층하여 형성된 Fe_xNi₁ _-x/ Fe_yNi₁ _-y 다층 박막이다. 이때, x는 0≤x≤0.7, y는 0.7≤y≤1.0이다.

이때, 각각의 Fe_xNi₁ _-x 박막과 Fe_yNi₁ _-y 박막의 전기도금은 동일한 전해액 속에서 진행하되 펄스 전류 인가에 의한 펄스 도금으로 이루어지게 된다.

한편, 상기 Fe_yNi₁ _-y 박막의 전기도금의 펄스 트레인과 Fe_xNi₁ _-x 박막의 펄스 트레인은 미리 설정된 지연 시간(t _d )만큼 지연되게 된다.

또한, 상기 Fe_xNi₁ _-x 박막과 Fe_yNi₁ _-y 박막 각각의 두께는 다층 박막의 열처리후 Invar 조성(Fe-36 wt% Ni)이 되도록 제어된다.

본 발명에서는, 조성이 서로 다른 Fe-Ni박막을 교대로 적층하여 다층 박막을 형성하고 이를 열처리하여 인바 합금을 얻을 수 있으므로, 도금층의 두께 방향으로 원자들이 서로 단거리 확산하여 전체적으로 균일한 조성이 얻어지며 합금 조성의 제어가 용이하다. 또한, 펄스 도금에 의한 다층 박막 형성에 의해 미세하고 균일한 결정립을 얻을 수 있고 도금층의 잔류응력을 감소시킬 수 있게 된다.

한편, 상기 제5 단계에서 습식 등방성 식각은 도전성 기판의 상면이 노출되는 때까지 일정시간 진행된다.

이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 메탈 마스크 제조방법에 적용되는 펄스 도금법과 습식 식각 방법에 관하여 설명하기로 한다.

[펄스 도금의 기능 및 작용]

일반적으로, 도전성 기판 표면에 비금속 개재물이나 기공 등 결함이 존재할 때 전기도금층에도 결함이 전사되어 피트가 발생한다. 이때, 펄스 도금은 피트의 발생을 방지하고 미세한 결정립을 얻을 수 있으며 도금층의 잔류응력을 최소화할 수 있다. 따라서, 펄스 도금을 사용하게 되면 두께가 균일하고 평탄한 도금층을 얻을 수 있다. 또한, 이와 같이 두께가 균일하고 평탄한 도금층 박판 위에 패턴을 형성 후 식각하면 미세하고 균일한 캐비티 어레이(cavity array)를 얻을 수 있다.

또한, 펄스 도금의 여러 가지 펄스 파라미터(pulse parameter) 및 Fe_xNi₁ _-x 박막과 Fe_yNi₁ _-y 박막의 두께를 프로그래머블 펄스 정류기를 사용하여 가변적으로 설정 가능하여, 도금층에 대한 열처리 후에 얻어지는 합금 조성을 제어하기 용이하며, 열팽창계수가 최저치를 나타내는 Invar 조성(Fe-36 wt% Ni)을 얻을 수 있다.

[펄스 도금 방법]

본 발명에서는, 도 3에 도시된 바와 같이, 도전성 기판을 음극, Ni 또는 불용성 전극(Ti, Ir, Ru 등)을 양극으로 하여 전해액 중에서 도금을 진행하며, Fe_xNi₁ _-x(0≤x≤0.7)층과 Fe_yNi₁ _- _y(0.7≤y≤1.0)층을 교대로 연속적으로 적층하여 다층 박막을 형성한다.

Fe_xNi₁ _- _x층과 Fe_yNi₁ _- _y층의 도금은 동일한 전해액 속에서 진행하되 펄스 전류 인가에 의한 펄스 도금으로 이루어지며, 펄스 전류밀도(J _F ), 펄스 폭(t _p ), 펄스 간격(t _r ), 역펄스 전류밀도(J _R ), 펄스 반복수(n) 등은 각각 다르게 설정할 수 있다. 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, Fe_yNi₁ _- _y층 형성을 위한 펄스 트레인 2는 Fe_xNi₁ _- _x층 형성을 위한 펄스 트레인 1보다 지연 시간(t _d )만큼 지연될 수 있다. 이때, 도 2(c)에 포함된 펄스 도금의 파라미터(parameter)들은 프로그래머블 펄스 정류기를 사용하여 가변적으로 설정 가능하다.

또한, Fe_xNi₁ _- _x층과 Fe_yNi₁ _- _y층 각 층의 두께 t₁, t₂ 는 열처리 후에 전체적인 합금 조성이 열팽창계수가 최저치를 나타내는 Invar 조성(Fe-36 wt% Ni)이 되도록 각 층의 두께를 정밀하게 디지털적으로 제어할 수 있다.

또한, 도금 박막의 두께 방향으로 Fe_xNi₁ _- _x층과 Fe_yNi₁ _- _y층의 조성이 일정하게 되도록 전해액의 노후화 방지가 필요하며 금속 이온농도를 일정하게 유지해야 한다. 따라서, 전해액의 금속 이온농도가 변동하지 않도록 주기적으로 도금액의 성분을 분석하여 정량 공급 펌프로 일정 조성 및 일정 유량의 도금액을 순환 공급해준다. 또한, 전해액 중에 불순물이 혼입되지 않도록 전해액은 상시 여과를 거쳐 순환되도록 한다.

도 3에 도시된 도금 방법에서, 도금액은 황산제1철수화물(FeSO₄·6H₂O) 및 황산니켈수화물(NiSO₄·6H₂O) 등의 금속염과 pH 완충제, 피트 방지제, 광택제 등의 각종 첨가물을 포함할 수 있다.

보다 구체적으로, 금속염은 황산제1철수화물(FeSO₄·6H₂O) 0.05 ~ 0.5 M, 황산니켈수화물(NiSO₄·6H₂O) 0.1 ~ 1.0 M를 포함하고, 첨가제로는 붕산(Boric Acid) 0.1 ~ 1.0 M, 아스코르브산(Ascorbic Acid) 0.1 ~ 5 g/L, 소듐라우릴설퍼메이트(Sodium lauryl sulfamate) 0.1 ~ 3 g/L, 사카린(Saccharin) 0 ~ 2 g/L를 포함하며, 이때 pH는 2.5 ~ 5, 온도(Temperature)는 30 ~ 80 ℃일 수 있다.

다만, 상기에 나타난 금속염이나 첨가제 종류 및 조성에 한정되는 것은 아니다. 또한, 도금액 중의 금속염으로 황산코발트수화물(CoSO₄·6H₂O) 등의 Co를 포함하는 금속염을 추가할 수 있다.

이때, 양극은 Ni이나 불용성 양극(Ti, Ir, Rh 등)을 사용할 수 있고, 도금액은 교반을 하거나 도금조 외부에 액 순환 라인을 연결하여 도금액을 순환시킬 수 있다. 도금액은 정량 펌프(미도시)를 이용하여 일정 조성의 도금액을 일정 유량으로 공급할 수 있으며 이 때 도금액 중의 불순물을 제거하기 위해 필터(미도시)를 사용할 수 있다.

[ 도금층의 습식 식각 방법]

Fe-Ni 다층 박막 도금층의 식각은 염화제2철(FeCl₃) 수용액을 사용하여 습식으로 식각할 수 있다. 예를 들어, 염화제2철(FeCl₃) 1~5 M/L, 염화제1철(FeCl₂) 0.5~1.5 M/L, 염화제1니켈(NiCl₂) 0.2~1 M/L, 염산(HCl) 0.3~1 M/L의 수용액으로 이루어진 식각액 내에서 온도 40~80℃에서 식각할 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 메탈 마스크 제조방법을 도 1을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

우선, S10에서, 도전성을 갖는 기판 위에 Fe-Ni 다층 박막을 펄스(pulse) 도금으로 적층한다. 여기서, 도전성을 갖는 기판은 불순물 농도가 적어도 10¹⁹cm^-3 이상으로 도핑된 Si 단결정 기판인 것이 바람직하다. 또한, S10에서, 적층된 도금층의 두께는 5 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하일 수 있다.

보다 상세하게는, S10에서는 도전성 기판 상에 전기도금을 사용하여 Fe_xNi₁ _-x 박막과 Fe_yNi₁ _-y 박막을 교대로 적층하여 Fe_xNi₁ _-x/ Fe_yNi₁ _-y 다층 박막을 형성한다. 이 때, Fe_xNi₁ _-x 박막(이하, Layer 1)과 Fe_yNi₁ _-y 박막(이하, Layer 2)의 도금은 동일한 전해액 속에서 진행하되 펄스 전류 인가에 의한 펄스 도금으로 이루어진다. 또한, 펄스 전류밀도(J _F ), 펄스 폭(t _p ), 펄스 간격(t _r ), 역전류밀도(J _R ), 펄스 반복수(n) 등은 각각 Layer 1과 Layer 2에서 다르게 설정할 수 있다. 이때, 펄스 트레인(pulse train) 2는 펄스 트레인 1보다 지연 시간(t _d )만큼 지연될 수 있다. 또한, 도 2(c)에 도시된 바와 같은 펄스 도금의 파라미터(parameter)들은 프로그래머블 펄스 정류기(미도시)를 사용하여 가변적으로 설정 가능하며, Layer 1, Layer 2 각 층의 두께도 정밀하게 디지털(digital) 적으로 제어할 수 있다.

또한, Fe_xNi₁ _-x 박막과 Fe_yNi₁ _-y 박막 각각의 두께 t₁, t₂ 는 다층 박막의 열처리 후에 열팽창계수가 최저치를 나타내는 Invar 조성(Fe-36 wt% Ni)이 되도록 각 층의 두께를 제어할 수 있다.

그런 다음, S20에서, 다층 박막의 도금이 완료된 후, 도금층 위에 식각 마스크(Etch mask)로 SiO₂ 또는 SiN_x 박막을 화학기상증착법(CVD) 또는 스핀(spin) 도포 방식으로 증착한다.

그런 다음, S30에서, 포토리소그래피(Photolithography)로 PR(Photoresist) 패턴을 형성한다. 이때, PR 스핀코팅, 베이킹, 포토마스크 장착, 노광, 현상 등의 과정을 거치게 된다. 여기서, Positive형 PR이라면 PR 패턴 형성 영역은 FMM(즉, 미세 메탈 마스크)에서 관통공의 밑면에 해당한다. 다만, PR 스핀 코팅 대신에 PR 필름을 기판 상에 부착하고 포토리소그래피를 수행하거나, 또는 S30을 생략하고 미리 패턴화된 PR 필름을 기판 상에 부착하는 방법도 적용가능하다.

그런 다음, S40에서, PR 패턴을 마스크로 하여, 반응성 이온 식각(RIE)으로 노출된 영역의 식각 마스크(etch mask)를 제거한다. 또한, 노출된 영역의 식각 마스크(etch mask)를 제거한 후 잔존 PR은 황산 과산화수소(H₂SO₄-H₂O₂) 혼합 용액 등으로 제거할 수 있다.

그런 다음, S50에서, 패턴화된 식각 마스크(etch mask)층을 식각 마스크로 사용하여 다층 박막 도금층을 습식 식각하여 캐비티 어레이(cavity array)를 형성한다. 즉, S50에서는 기판을 배쓰(bath)에 장입하고, 상술한 염화제2철(FeCl₃)을 베이스로 하는 수용액 내에서 습식 식각할 수 있다. 상기 습식 식각은 도전성 기판이 충분히 노출될 때까지 또는 미리 설정된 소정 면적까지 노출될 때까지 일정 시간 진행한다. 하방향 식각 과정은 기판과 만나면 종료하게 된다.

그런 다음, S60에서 습식 식각이 종료한 후 남아 있는 식각 마스크(etch mask)를 건식 또는 습식 식각으로 제거한다.

마지막으로, S70에서, 기판에 도금층이 부착된 상태에서 200~900℃에서 열처리 후 도금층을 박리하게 된다. 즉, S70에서는 도금층을 비활성 가스 분위기 중에서 200~900℃의 온도로 어닐링 열처리한 후 도전성 기판으로부터 박리한다.

최종적으로, 박리된 도금층 중 Fe : Ni의 중량비는 58~70 : 30~42인 것이 바람직하다. 나아가, 박리된 도금층 중 Fe, Ni 이외에 Co를 3~7의 중량비로 추가 함유할 수도 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 미세 메탈 마스크 제조방법에 의하면, 도전성 기판 위에 펄스 도금을 사용하여 균일한 두께와 표면 평탄도를 가진 다층 박막을 제조하고, 그 위에 포토리소그래피와 습식 식각을 거쳐 도금층에 관통공 어레이를 형성하므로 정밀하고 해상도가 높은 미세 메탈 마스크를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 펄스 도금에 의한 다층 박막을 제조한 후 이를 패터닝하고 식각한 후 열처리함으로써 미세 메탈 마스크를 제조하고 있기 때문에, 도금층이 미세한 결정립과 낮은 잔류응력을 가지며, 나아가 일정한 합금 비율을 가지도록 할 수 있어, 높은 품질의 인바 특성을 가진 미세 메탈 마스크를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도금층을 패터닝하고 습식 식각 시에 도전성 기판 위에 도금층이 부착된 상태에서 식각하고 있기 때문에, 기판이 식각 정지층으로 작용하여 식각 시간의 제어가 용이하며 도금층에 대하여 수직 방향으로 오버컷(overcut)을 방지가능하여 정밀하고 균일한 캐비티(cavity) 형상을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 습식 식각으로 관통공 어레이가 형성된 도금층을 기판으로부터 박리하기 전에 기판에 부착된 상태에서 열처리하고 있기 때문에, 열처리 과정에서 미세 메탈 마스크의 변형 및 표면 산화나 오염 등을 최소화할 수 있다.

이상에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예들에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 첨부하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능할 것이다.

Claims

도전성 기판 상에 Fe-Ni 다층 박막을 펄스(pulse) 도금법으로 적층하는 제1 단계;
상기 Fe-Ni 다층 박막의 도금 후에 도금층 상에 식각 마스크(Etch mask)로 SiO₂ 또는 SiN_x 박막을 증착하는 제2 단계;
상기 SiO₂ 또는 SiN_x 박막의 증착 후에 포토리소그래피(Photolithography)로 PR(Photoresist) 패턴을 형성하는 제3 단계;
상기 PR 패턴을 마스크로 하여, 반응성 이온 식각(RIE)으로 노출된 영역의 식각 마스크를 제거하는 제4 단계;
상기 노출된 영역의 식각 마스크 제거 후에, 습식 등방성 식각(wet isotropic etching)으로 식각하여 곡면을 갖는 캐비티 어레이(cavity array)를 형성하는 제5 단계;
잔류 식각 마스크를 건식 또는 습식 식각으로 제거하는 제6 단계; 및
상기 도전성 기판에 곡면을 갖는 캐비티 어레이(cavity array)가 형성된 도금층이 부착된 상태에서 비활성 가스 분위기 중에서 200~900℃에서 열처리 후 상기 도금층을 박리하는 제7 단계를 포함하고,
상기 제1 단계에서 Fe-Ni 다층 박막은,
상기 도전성 기판 상에 전기도금을 사용하여 Fe_xNi_1-x 박막과 Fe_yNi_1-y 박막을 교대로 적층하여 형성된 Fe_xNi_1-x/ Fe_yNi_1-y 다층 박막이고,
각각의 Fe_xNi_1-x 박막과 Fe_yNi_1-y 박막의 전기도금은 동일한 전해액 속에서 진행하되 펄스 전류 인가에 의한 펄스 도금으로 이루어지며,
상기 제5 단계에서 습식 등방성 식각은 상기 도전성 기판의 상면이 미리 설정된 소정 면적까지 노출되는 때까지 일정시간 진행되는 것을 특징으로 하는 미세 메탈 마스크 제조방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 Fe_yNi_1-y 박막의 전기도금의 펄스 트레인과 Fe_xNi_1-x 박막의 펄스 트레인은 미리 설정된 지연 시간(t_d )만큼 지연되는 것을 특징으로 하는 미세 메탈 마스크 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 Fe_xNi_1-x 박막과 Fe_yNi_1-y 박막 각각의 두께는 다층 박막의 열처리후 Invar 조성(Fe-36 wt% Ni)이 되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 미세 메탈 마스크 제조방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제7 단계에서 박리된 도금층 중 Fe : Ni의 중량비는 58~70 : 30~42인 것을 특징으로 하는 미세 메탈 마스크 제조방법.
제6항에 있어서,
상기 제7 단계에서 박리된 도금층 중 Fe, Ni 이외에 Co를 3~7의 중량비로 추가 함유하는 것을 특징으로 하는 미세 메탈 마스크 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 단계에서 적층된 Fe-Ni 다층 박막의 두께는 5 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 미세 메탈 마스크 제조방법.