KR102633781B1 - 프레임 일체형 마스크 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 프레임 일체형 마스크 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 프레임 일체형 마스크는, 반도체 웨이퍼 상에 OLED 화소를 형성하는 공정에 사용되는 프레임 일체형 마스크로서, 테두리부 및 그리드부를 포함하는 지지부; 상기 지지부 상에 연결되고 마스크 패턴을 포함하는 마스크를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 프레임 일체형 마스크 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 반도체 웨이퍼 상에 화소를 형성할 때 사용하고, 초고해상도의 마스크 패턴을 정밀하게 형성할 수 있는 프레임 일체형 마스크 및 그 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 OLED 제조 공정에서는 마스크 박막을 제조한 후, 마스크를 OLED 화소 증착 프레임에 용접 고정시켜 사용하는데, 고정시키는 과정에서 대면적 마스크의 정렬이 잘 되지 않는 문제점이 있었다. 또한, 프레임에 용접 고정하는 과정에서 마스크 막의 두께가 너무 얇고 대면적이기 때문에 하중에 의해 마스크가 쳐지거나 뒤틀어지는 문제점이 있었다.
초고화질의 OLED 제조 공정에서는 1 ㎛ 이하의 미세한 정렬의 오차도 화소 증착의 실패로 이어질 수 있으므로, 마스크가 쳐지거나 뒤틀리는 등의 변형을 방지하고, 정렬을 명확하게 할 수 있는 기술 등의 개발이 필요한 실정이다.
한편, 최근에는 VR(virtual reality) 기기에 적용되는 마이크로 디스플레이(micro display)가 주목받고 있다. 마이크로 디스플레이는 VR 기기에서 사용자의 바로 눈 앞에서 영상을 나타내기 위해, 기존의 디스플레이들보다 더욱 작은 화면 크기를 가지면서도, 작은 화면 내에서 고화질을 구현해야 한다. 따라서, 기존의 초고화질의 OLED 제조 공정에 사용되는 마스크보다 크기가 작은 마스크 패턴과, 화소 증착 공정 전에 마스크의 더욱 미세한 정렬이 필요한 실정이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 마이크로 디스플레이(micro display)의 초고화질 화소를 구현할 수 있는 프레임 일체형 마스크 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 마스크의 정렬을 명확하게 하여 화소 증착의 안정성을 향상시킬 수 있는 프레임 일체형 마스크 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 상기의 목적은, 반도체 웨이퍼 상에 OLED 화소를 형성하는 공정에 사용되는 프레임 일체형 마스크로서, 테두리부 및 그리드부를 포함하는 지지부; 상기 지지부 상에 연결되고 마스크 패턴을 포함하는 마스크;를 포함하는, 프레임 일체형 마스크에 의해 달성된다.
상기 지지부는 상기 테두리가 원형 형상을 가지고, 상기 마스크는 원형 형상을 가질 수 있다.
상기 그리드부는, 제1 방향으로 연장 형성되고 양단이 상기 테두리부에 연결되는 복수의 제1 그리드부; 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 연장 형성되어 상기 제1 그리드부와 교차되고, 양단이 상기 테두리부에 연결되어 복수의 제2 그리드부;를 포함할 수 있다.
상기 마스크는, 상기 테두리부 상에 연결되는 더미부; 상기 더미부보다 상기 마스크의 중심부에 배치되고 복수의 마스크 패턴을 포함하는 복수의 셀부; 상기 더미부보다 상기 마스크의 중심부에 배치되고, 상기 복수의 셀부 사이에 배치되는 구획부;를 포함할 수 있다.
상기 구획부는 상기 그리드부 상에 지지될 수 있다.
상기 지지부는 실리콘 웨이퍼로부터 형성된 것이고, 상기 마스크는 상기 실리콘 웨이퍼 상에 전주도금(electroforming)으로 형성된 것일 수 있다
상기 지지부와 상기 마스크 사이에 Fe, Ni 및 Si을 포함하는 연결부가 개재될 수 있다.
상기 지지부의 표면 저항은 5 X 10-4 ohm·cm 내지 1 X 10-2 ohm·cm일 수 있다.
상기 테두리부 및 상기 그리드부는 테이퍼(taper)진 측면을 포함할 수 있다.
반도체 웨이퍼 상에 OLED 화소를 형성하는 공정에 사용되는 프레임 일체형 마스크의 제조 방법으로서, (a) 지지부; 및 지지부 상에서 전주도금(electroforming) 방식으로 형성되고, 마스크 패턴을 포함하는 마스크;를 포함하는 적층체를 준비하는 단계; (b) 상기 지지부 및 상기 마스크를 열처리하는 단계; (c) 상기 마스크가 부착된 상기 지지부의 제1 면의 반대면인 제2 면 상에서 상기 지지부를 식각하여 테두리부 및 그리드부를 형성하는 단계;를 포함하는, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법에 의해 달성된다.
상기 (a) 단계에서, 상기 지지부는 테두리가 원형 형상을 가지는 실리콘 웨이퍼이고, 상기 마스크는 원형 형상을 가지며 인바(Invar) 또는 수퍼 인바(Super Invar) 재질을 포함할 수 있다.
상기 (b) 단계의 열처리는 300℃ 내지 800℃로 수행할 수 있다.
상기 (b) 단계의 열처리 후, 상기 지지부와 상기 마스크 사이에 Fe, Ni 및 Si을 포함하는 연결부가 개재되어 상기 지지부와 상기 마스크가 부착될 수 있다.
상기 (a) 단계에서, 상기 전주도금 방식으로 상기 지지부의 상부면 및 측면 상에 상기 마스크가 형성될 수 있다.
상기 그리드부는, 제1 방향으로 연장 형성되고 양단이 상기 테두리부에 연결되는 복수의 제1 그리드부; 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 연장 형성되어 상기 제1 그리드부와 교차되고, 양단이 상기 테두리부에 연결되어 복수의 제2 그리드부;를 포함할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 마이크로 디스플레이(micro display)의 초고화질 화소를 구현할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 마스크의 정렬을 명확하게 하여 화소 증착의 안정성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 일체형 마스크를 나타내는 개략도이다.
도 2는 도 1의 A-A' 개략 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크를 나타내는 개략 평면도 및 E-E' 개략 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 지지부를 나타내는 개략 평면도이다.
도 5 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 일체형 마스크의 제조 과정을 나타내는 개략도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 프레임 일체형 마스크를 나타내는 개략도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 일체형 마스크를 적용한 OLED 화소 증착 장치를 나타내는 개략도이다.
도 2는 도 1의 A-A' 개략 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크를 나타내는 개략 평면도 및 E-E' 개략 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 지지부를 나타내는 개략 평면도이다.
도 5 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 일체형 마스크의 제조 과정을 나타내는 개략도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 프레임 일체형 마스크를 나타내는 개략도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 일체형 마스크를 적용한 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 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 일체형 마스크(10)를 나타내는 개략도이다. 도 2는 도 1의 A-A' 개략 측단면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크(20)를 나타내는 개략 평면도 및 E-E' 개략 측단면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 지지부(30)를 나타내는 개략 평면도이다.
최근에 VR(virtual reality) 기기에 적용되는 마이크로 디스플레이(micro display)는 대면적의 기판이 아닌, 반도체 웨이퍼, 실리콘 웨이퍼와 같은 대상 기판(900)[도 11 참조]에 대하여 화소 증착 공정을 수행할 수 있다. 마이크로 디스플레이는 화면이 사용자의 눈 앞에 바로 위치하게 되므로, 대면적의 크기보다는 약 1 ~ 2인치 크기 정도로 작은 화면을 가지게 된다. 이에 더하여, 사용자의 눈 앞에 가까이 위치하기 때문에 해상도는 더욱 높게 구현될 필요가 있다.
따라서, 본 발명은 일변의 길이가 1,000m를 넘는 대면적의 대상 기판에 대한 화소 형성 공정에서 사용하기 보다는, 200mm, 300mm, 450mm 급의 반도체 웨이퍼 대상 기판(900) 상에서 화소 형성 공정을 진행하되 초고화질로서 화소를 형성할 수 있는 프레임 일체형 마스크(10) 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
예를 들어, 현재 QHD 화질의 경우는 500~600 PPI(pixel per inch)로 화소의 크기가 약 30~50㎛에 이르며, 4K UHD, 8K UHD 고화질의 경우는 이보다 높은 ~860 PPI, ~1600 PPI 등의 해상도를 가지게 된다. VR 기기에 직접 적용되는 마이크로 디스플레이, 또는 VR 기기에 끼워서 사용되는 마이크로 디스플레이는 약 2,000 PPI 이상급의 초고화질을 목표로 하고 있고, 화소의 크기는 약 5~10㎛ 정도에 이르게 된다. 반도체 웨이퍼, 실리콘 웨이퍼의 경우, 반도체 공정에서 개발된 기술을 활용하여 유리기판에 비해 미세하고 정밀한 공정이 가능하므로 고해상도 마이크로 디스플레이의 기판으로 채용될 수 있다. 본 발명은 이러한 반도체 웨이퍼 상에 화소를 형성할 수 있는 프레임 일체형 마스크(10)인 것을 특징으로 한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명은 반도체 웨이퍼를 대상 기판(900)[도 11 참조]으로 하여 화소 증착 공정을 수행하기 위해, 마스크(20)가 반도체 웨이퍼(또는, 실리콘 웨이퍼)에 대응하는 형상을 가지는 것을 특징으로 한다. 마스크(20)의 형상이 반도체 웨이퍼에 대응한다는 의미는, 마스크(20)가 반도체 웨이퍼와 동일한 크기 및 형상을 가지거나, 반도체 웨이퍼와 크기 및 형상은 상이하지만 적어도 동축을 이루고 마스크 패턴(P)이 반도체 웨이퍼의 형상 내에 배치되는 상태까지 포함하는 것임을 밝혀둔다. 또한, 반도체 웨이퍼에 대응하는 형상을 가진 마스크(20)는 프레임 역할을 하는 지지부(30)와 일체로 연결되어 마스크 정렬을 명확하게 하는 것을 특징으로 한다.
프레임 일체형 마스크(10)는 마스크(20) 및 지지부(30)를 포함할 수 있다. 지지부(30)의 일면 상에 마스크(20)가 부착될 수 있다. 지지부(30)는 마스크(20)를 지지하는 프레임으로서의 역할을 할 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 마스크(20)는 셀부(C), 구획부(SR), 더미부(DM)를 포함할 수 있다. 마스크(20) 중 지지부(30)와 접촉되지 않고 마스크 패턴(P)이 형성된 부분을 셀부(C), 셀부(C) 사이에 배치되는 부분을 구획부(SR), 지지부(30)에 부착된 부분을 더미부(DM)로 나타낸다. 셀부(C), 구획부(SR), 원형 더미부(DM)는 형성된 위치에 따라 명칭과 부호를 달리 기재하였지만, 셀부(C), 구획부(SR)와 더미부(DM)는 분리된 영역이 아니며, 동일한 재질을 가지며 일체로 연결되는 구성이다. 다시 말해, 셀부(C), 구획부(SR), 원형 더미부(DM)는 전주 도금(electroforming) 공정에서 동시에 형성되는 마스크(20)의 각 부분이다. 이하의 설명에서 셀부(C), 구획부(SR), 더미부(DM)는 마스크(20)와 혼용되어 사용될 수 있다.
마스크(20)는 인바(invar) 또는 슈퍼 인바(super invar) 재질인 것이 바람직하고, 원형의 반도체 웨이퍼에 대응하도록 원형의 형상일 수 있다. 마스크(20)는 200mm, 300mm, 450mm 등의 반도체 웨이퍼에 상응하거나 큰 크기를 가질 수 있다.
종래의 마스크는 대면적 기판에 대응하도록 사각, 다각형 등의 형태를 가진다. 그리고, 이 마스크에 대응하도록 프레임도 사각, 다각형 등의 형태를 가지게 되며, 마스크가 각진 모서리를 포함하므로, 모서리에 스트레스(stress)가 집중되는 문제점이 발생할 수 있다. 스트레스가 집중되면 마스크의 일부분에만 다른 힘이 작용하게 되므로, 마스크가 뒤틀리거나 일그러질 수 있고, 이는 화소 정렬의 실패로 이어질 수 있다. 특히, 2,000 PPI 이상의 초고화질에서는 마스크의 모서리에 스트레스가 집중되는 것을 피해야 한다.
따라서, 본 발명의 마스크(20)는 원형의 형상을 가짐에 따라, 모서리를 포함하지 않는 것을 특징으로 한다. 즉, 마스크(20)의 더미부(DM)가 원형의 형상으로 모서리를 포함하지 않을 수 있다. 모서리가 없으므로, 마스크(20)의 특정 부분에 다른 힘이 작용하게 되는 문제를 해소할 수 있고, 원형 테두리를 따라서 스트레스가 균일하게 분산될 수 있다. 이에 따라, 마스크(20)가 뒤틀리거나 일그러지지 않고, 화소 정렬을 명확히 하는데 기여할 수 있게 되며, 2,000 PPI 이상의 마스크 패턴(P)을 구현할 수 있는 이점을 지닌다. 본 발명은 열팽창계수가 낮은 원형의 반도체 웨이퍼(또는, 실리콘 웨이퍼)와, 스트레스가 테두리를 따라 균일하게 분산되는 원형의 마스크(20)를 대응시켜 화소 증착 공정을 수행함에 따라, 약 5~10㎛ 정도에 이르는 화소를 증착할 수 있게 된다.
셀부(C)에는 복수의 마스크 패턴(P)이 형성될 수 있다. 마스크 패턴(P)은 R, G, B에 대응하는 복수의 화소 패턴(P)이다. 마스크 패턴(P)들은 측부가 기울어진 형상, 테이퍼(Taper) 형상, 또는 상부에서 하부로 갈수록 패턴 폭이 넓어지는 형상을 가질 수 있다. 수많은 마스크 패턴(P)들은 군집을 이루어 디스플레이 셀부(C) 하나를 구성할 수 있다. 디스플레이 셀부(C)는 대각선의 길이가 약 1~2인치 정도로, 하나의 디스플레이에 대응하는 영역이다. 또는 디스플레이 셀부(C)는 복수의 디스플레이에 대응하는 영역일 수도 있다.
마스크 패턴(P)은 대략 테이퍼 형상을 가질 수 있고, 패턴 폭은 수 내지 십수㎛의 크기, 바람직하게는 약 5~10㎛의 크기(2,000 PPI 이상의 해상도)로 형성될 수 있다.
마스크(20)는 복수의 셀부(C)를 포함할 수 있다. 복수의 셀부(C)는 제1 방향(x축 방향) 및 제1 방향에 수직하는 제2 방향(y축 방향)으로 상호 소정의 간격을 두고 배치될 수 있다. 도 1에서는 21개의 셀부(C)가 제1, 2 방향을 따라 배치된 것이 도시되나, 이에 제한되지는 않는다. 셀부(C) 사이에 구획부(SR)가 배치될 수 있다. 셀부(C) 및 구획부(SR)는 마스크(20) 중 더미부(DM)보다 중심부에 배치되는 부분이다.
더미부(DM)는 테두리가 원형 형상 또는 반도체 웨이퍼에 대응하는 형상으로 마스크(20)의 외곽 형상을 정의할 수 있다. 더미부(DM)가 지지부(30) 상에 연결될 수 있다. 구체적으로, 더미부(DM)가 지지부(30)의 테두리부(31)의 적어도 일부와 부착 연결될 수 있다. 더미부(DM)와 테두리부(31) 사이에 연결부(40)가 형성됨에 따라 상호 부착될 수 있다.
도 1, 도 2 및 도 4를 참조하면, 지지부(30)는 테두리부(31), 복수의 제1 그리드부(33), 복수의 제2 그리드부(35)를 포함할 수 있다. 테두리부(31), 제1, 2 그리드부(33, 35)는 명칭과 부호를 달리 기재하였지만, 테두리부(31), 제1, 2 그리드부(33, 35)는 분리된 영역이 아니며, 동일한 재질을 가지며 일체로 연결되는 구성이다. 다시 말해, 테두리부(31), 제1, 2 그리드부(33, 35)는 압연(rolling), 전주 도금(electroforming) 등의 공정에서 동시에 형성되는 지지부(30)의 각 부분이다. 이하의 설명에서 테두리부(31), 제1, 2 그리드부(33, 35)는 지지부(30)와 혼용되어 사용될 수 있다.
지지부(30)는 실리콘 재질인 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 지지부(30)는 실리콘 웨이퍼로부터 형성된 것으로서 실리콘 재질일 수 있다. 지지부(30)는 대상 기판(900)[도 11 참조]인 원형의 반도체 웨이퍼에 대응하도록 테두리부(31)가 원형의 형상일 수 있다. 마스크(20)가 상부에 연결될 수 있도록, 지지부(30)는 마스크(20)와 동일하거나, 적어도 큰 형상일 수 있다.
테두리부(31)는 테두리가 마스크(20)에 대응하는 형상으로 지지부(30)의 외곽 형상을 정의할 수 있다. 테두리부(31)는 원형 형상일 수 있다.
복수의 제1 그리드부(33)는 제1 방향으로 연장 형성되고 양단이 테두리부(31)에 연결될 수 있다. 그리고, 복수의 제2 그리드부(35)는 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 연장 형성되어 제1 그리드부(33)와 교차되고 양단이 테두리부(31)에 연결될 수 있다. 제1 그리드부(33)들은 각각 상호 간격을 이루며 평행하게 배치되고, 제2 그리드부(35)들은 각각 상호 간격을 이루며 평행하게 배치된다. 그리고, 제1, 2 그리드부(33, 35)가 상호 교차되므로, 교차된 부분에 매트릭스 형태로 빈 공간(CR)이 나타날 수 있다. 이 빈 공간(CR)은 마스크(20)의 셀부(C)가 배치되는 공간으로 셀 영역(CR)[도 4 참조]이라고 지칭한다.
연결부(40)를 개재하여 지지부(30) 상에 마스크(20)가 연결될 수 있다. 지지부(30)의 테두리부(31)는 마스크(20)의 더미부(DM)와 연결되고, 지지부(30)의 제1, 2 그리드부(33, 35)는 마스크(20)의 구획부(SR)와 연결될 수 있다. 즉, 구획부(SR)는 제1, 2 그리드부(33, 35) 상에 지지될 수 있다.
연결부(40)는 지지부(30) 상에 마스크(20)가 형성된 적층체의 상태에서 열처리(H)[도 7 참조]를 통해 형성될 수 있다. 연결부(40)는 마스크(20)의 성분과 지지부(30)의 성분이 합쳐진 금속간 화합물(intermetallic compound)로서 제공될 수 있다. 연결부는 마스크(20)의 Fe, Ni 성분과 지지부(30)의 Si 성분이 합쳐짐에 따라, Fe, Ni 및 Si을 포함하거나, 또는, Fe, Ni을 포함하는 실리사이드로 제공될 수 있다.
지지부(30)의 두께는 마스크(20)의 두께보다 두꺼울 수 있다. 2,000 PPI(pixel per inch)보다 높은 마스크 패턴(P)의 해상도를 구현하기 위해, 마스크(20)의 두께는 약 2㎛ 내지 12㎛ 정도로 형성될 수 있다. 마스크(20)의 두께가 이보다 두꺼우면 전체적으로 테이퍼 형상을 가지는 마스크 패턴(P)들의 폭 또는 마스크 패턴(P)의 간격을 상기 해상도에 맞게 형성하기 어려워질 수 있다. 지지부(30)는 프레임 일체형 마스크(10)의 전체 강성을 담당하기 때문에 mm 스케일로 형성될 수 있다. 일 예로, 실리콘 웨이퍼의 두께에 대응하는 0.8mm 두께 정도로 제공될 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.
한편, 지지부(30)도 마스크(20)처럼 테두리가 원형의 형상을 가지고, 모서리를 포함하지 않으므로, 지지부(30)의 특정 부분에 다른 힘이 작용하게 되는 문제를 해소할 수 있다. 그리고, 원형 테두리를 따라서 스트레스가 균일하게 분산될 수 있다. 이에 따라, 지지부(30)가 뒤틀리거나 일그러지지 않는데 기여할 수 있다. 이러한 원형의 지지부(30) 상에 원형의 마스크(20)를 연결하므로, 스트레스를 이중으로 분산시킬 수 있는 효과가 있다. 게다가, 지지부(30)의 제1, 2 그리드부(33, 35)는 마스크(20)의 구획부(SR)의 하부에 배치되어 마스크(20)가 전체적으로 지지됨에 따라 매우 얇은 두께의 마스크(20)가 셀부(C) 및 구획부(SR)에서 처짐이 발생하는 것을 방지한다. 결국, 마스크(20) 및 지지부(30)가 뒤틀리지 않고 화소 정렬을 명확히 하는데 기여할 수 있게 되며, 2,000 PPI 이상의 고해상도를 구현할 수 있는 효과가 있다.
도 5 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 일체형 마스크(10)의 제조 과정을 나타내는 개략도이다.
도 5를 참조하면, 지지부(30')를 준비한다. 전주 도금(electroforming)을 수행할 수 있도록, 지지부(30')는 전도성 재질일 수 있다. 전도성을 가지면서 동시에 낮은 저항을 가지도록, 지지부(30')에 1019 cm-3 이상의 고농도 도핑이 수행될 수 있다. 도핑은 지지부(30')의 전체에 수행될 수도 있으며, 지지부(30')의 표면 부분에만 수행될 수도 있다. 일 실시예에 따르면, 지지부(30')의 표면 저항은 5 X 10-4 ~ 1 X 10-2 ohm·cm일 수 있다. 지지부(30')는 전주 도금에서 음극체(cathode) 전극으로 사용될 수 있다.
표면에 메탈 옥사이드를 가지는 메탈, 결정립계(grain boundary)를 가지는 다결정 실리콘과 다르게, 도핑된 단결정 실리콘의 경우는 결함이 없기 때문에, 전주 도금 시에 표면 전부에서 균일한 전기장 형성으로 인한 균일한 도금막[또는, 마스크(20)]이 생성될 수 있는 이점이 있다. 균일한 도금막을 통해 제조하는 마스크(20)는 OLED 화소의 화질 수준을 더욱 개선할 수 있다. 그리고, 결함을 제거, 해소하는 추가 공정이 수행될 필요가 없으므로, 공정비용이 감축되고, 생산성이 향상되는 이점이 있다.
다음으로, 지지부(30')의 일면 상에 패턴화된 절연부(M1)를 형성할 수 있다. 절연부(M1)는 지지부(30')의 일면 상에 돌출되도록(양각으로) 형성한 부분으로서, 도금막[또는, 마스크(20)]의 생성을 방지하도록, 절연 특성을 가질 수 있다. 이에 따라, 절연부(M1)는 포토레지스트, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 중 어느 하나의 재질로 형성될 수 있다. 절연부(M1)는 지지부(30) 상에 증착 등의 방법으로 실리콘 산화물, 실리콘 질화물을 형성할 수 있고, 지지부(30')를 베이스로 하여 산화(Thermal Oxidation), 열 질화(Thermal Nitiridation) 방법을 사용할 수도 있다. 프린팅 법 등을 이용하여 포토레지스트를 형성할 수도 있다. 절연부(M1)는 생성할 도금막보다는 두껍게 형성하는 것이 바람직하다.
절연부(M1)는 테이퍼 형상을 가지는 것이 바람직하다. 포토레지스트를 사용하여 테이퍼 형상의 패턴을 형성할 때에는 다중 노광 방법, 영역마다 노광 강도를 다르게 하는 방법 등을 사용할 수 있다.
다음으로, 지지부(30') 상에 전주도금을 수행하여 마스크(20)를 형성할 수 있다. 지지부(30')를 음극체로서 사용하고, 이에 대향하는 양극체(미도시)를 준비한다. 양극체(미도시)는 도금액(미도시)에 침지되어 있고, 지지부(30')는 전부 또는 일부가 도금액(미도시)에 침지되어 있을 수 있다. 절연부(M1)가 절연 특성을 가지므로, 절연부(M1)에 대응하는 부분에서는 도금막이 형성되지 않기 때문에 마스크(20)의 마스크 패턴(P)을 구성할 수 있다. 마스크 패턴(P)[또는, 절연부(M1)]는 셀부(C)에 대응하는 영역에 형성될 수 있다.
한편, 도 6을 참조하면, 마스크(20)는 지지부(30')의 상부면 상에만 형성되도록 전주 도금을 수행하지 않고, 상부면 및 측면 상에 도금되도록 전주 도금을 수행할 수도 있다. 후술할 열처리(H)를 수행하는 경우, 지지부(30')의 상부면에만 마스크(20)가 형성되면 열처리(H) 과정에서 마스크(20)의 테두리 부분이 박리될 위험이 있기 때문에, 추가로 지지부(30)의 측면에도 도금막(22)을 형성할 수 있다. 따라서, 측면의 도금막(22)이 지지부(30') 측면에서 지지부(30')와의 부착력을 보강함에 따라, 열처리(H) 과정에서 전체 마스크(20)가 박리되지 않고, 지지부(30)에 잘 고정부착될 수 있도록 하는 이점이 있다. 측면의 도금막(22) 부분은 나중에 식각이나 레이저 커팅으로 제거할 수도 있다.
다음으로, 도 7을 참조하면, 마스크(20) 및 지지부(30')를 열처리(H) 할 수 있다. 열처리는 300℃ 내지 800℃의 온도로 수행할 수 있다.
일반적으로 압연으로 생성한 인바 박판에 비해, 전주 도금으로 생성한 인바 박판이 열팽창계수가 높다. 그리하여 인바 박판에 열처리를 수행함으로써 열팽창계수를 낮출 수 있는데, 이 열처리 과정에서 인바 박판에 약간의 변형이 생길 수 있다. 별도로 분리되어 존재하는 마스크(20)에 대해서만 열처리를 수행한다면 마스크 패턴(P)에 일부 변형이 생길 수도 있다. 따라서, 지지부(30')와 마스크(20)가 접착된 상태에서 열처리를 수행하면, 지지부(30')의 절연부(M1)가 차지하는 공간 부분에 형성된 마스크 패턴(P)의 형태가 열처리로 인한 미세한 변형을 방지할 수 있는 이점이 있다.
또한, 전주 도금으로 생성된 인바 박판과 실리콘 웨이퍼는 열팽창 계수가 약 3~4ppi로 거의 동일한 정도이다. 따라서, 열처리(H)를 수행하더라도 마스크(20)와 지지부(30')는 열팽창정도가 동일하므로 서로 열팽창에 의한 어긋남이 발생하지 않고, 마스크 패턴(P)의 미세 변형이 방지될 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 열처리(H)로 인해 마스크(20)와 지지부(30')가 부착되는 것을 특징으로 한다. 열처리(H) 과정에서 마스크(20)와 지지부(30') 사이에 연결부(40)가 형성될 수 있다. 연결부(40)는 마스크(20)의 성분과 지지부(30)의 성분이 합쳐진 금속간 화합물(intermetallic compound)로서 제공될 수 있다. 연결부는 마스크(20)의 Fe, Ni 성분과 지지부(30)의 Si 성분이 합쳐짐에 따라, Fe, Ni 및 Si을 포함하거나, 또는, Fe, Ni을 포함하는 실리사이드로 제공될 수 있다. 금속간 화합물의 결합력에 의해 마스크(20)와 지지부(30')는 연결부(40)를 개재하여 상호 부착될 수 있다.
다음으로, 도 8을 참조하면, 지지부(30')를 식각(EC)할 수 있다. 식각(EC)은 마스크(20)가 부착된 지지부(30')의 제1 면(상면)의 반대면인 제2 면(하면) 상에서 수행될 수 있다. 식각(EC)은 지지부(30')에서 마스크(20)의 셀부(C)에 대응하는 부분에 대해서 수행할 수 있다. 마스크(20)의 구획부(SR)에 대응하는 부분은 식각을 수행하지 않는다.
식각(EC)이 완료된 지지부(30)는 테두리부(31) 및 그리드부(33, 35)를 포함하는 형태가 될 수 있다. 지지부(30)에서 테두리부(31) 및 그리드부(33, 35)가 명확히 나타나도록 식각(EC)은 이방성 에칭 특성을 가지는 건식 식각 방법을 사용하는 것이 바람직하다. 지지부(30')가 실리콘 웨이퍼이기 때문에 기존의 반도체 관련 기술, MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 관련 기술을 활용하여 식각(EC)을 수행할 수 있는 이점이 있다.
내식각성을 부여하기 위해, 지지부(30')의 하부면 상에는 셀부(C)에 대응하는 부분을 제외한 나머지 부분에 절연부(M2)를 형성할 수 있다. 절연부(M2)는 프린팅 방법 등을 이용하여 포토레지스트를 형성한 것일 수 있고, 열 산화(Thermal Oxidation), 열 질화(Thermal Nitiridation) 등의 방법으로 하드 마스크 역할을 하는 실리콘 산화물, 실리콘 질화물을 형성한 것일 수도 있다. 한편, 식각에 대한 마스크 역할로서 금속을 사용할 수도 있다. 절연부(M2)에 의해 덮이지 않은 지지부(30')의 하부면에 노출된 부분을 식각(EC)할 수 있다.
다음으로, 도 9를 참조하면, 절연부(M2)를 제거하고, 세정 등의 후속 공정을 수행하여 프레임 일체형 마스크(10)의 제조를 완료할 수 있다. 지지부(30)는 테두리부(31) 및 제1, 2 그리드부(33, 35)를 포함하고, 지지부(30) 상에 마스크(20)가 연결부(40)를 개재하여 부착된 형태가 제공될 수 있다. 마스크(20)의 셀부(C)는 지지부(30)에 의해 지지됨이 없이 하부가 개구된 영역으로 제공되어 OLED 화소 증착 공정에서 유기물 소스(600)의 이동 경로로 제공될 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 프레임 일체형 마스크를 나타내는 개략도이다.
한편, 도 8의 식각(EC) 공정은 건식 식각이 아닌 습식 식각을 수행할 수도 있다. 습식 식각은 등방성 에칭 특성을 가지므로, 지지부(30')의 제2 면(하면) 상에서 절연부(M2)에 대해 언더컷(undercut)을 발생시킬 수 있다. 또한 등방성 에칭 특성을 가지므로, 도 10에 도시된 것처럼 테두리부(31), 제1, 2 그리드부(33, 35)의 측면이 테이퍼(taper)지게 형성될 수 있다. 이 경우 테이퍼진 측면을 따라 유기물 소스(600)가 기울어진 각도로 이동할 수 있으므로, 지지부(30)에서 1차로 쉐도우 이펙트를 방지하고, 테이퍼지게 형성된 마스크 패턴(P)에서 2차로 쉐도우 이펙트를 방지할 수 있는 이점이 있다.
위와 같이, 본 발명은 지지부(30) 상에서 마스크(20)를 전주 도금을 통해 형성한 후, 마스크(20)에 대해 별도의 물리적인 인장을 가하지 않은 상태로 지지부(30)를 가공하여 프레임을 형성하므로, 마스크의 정렬이 틀어질 위험이 없다. 이에 따라, 마스크의 정렬이 명확하게 되어 화소 증착의 안정성을 향상시킴과 동시에 2,000 PPI 이상의 초고화질 화소를 구현할 수 있는 효과가 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 일체형 마스크(10)를 적용한 OLED 화소 증착 장치(200)를 나타내는 개략도이다.
도 11을 참조하면, OLED 화소 증착 장치(200)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(10)가 밀착되거나 매우 근접하도록 배치될 수 있다. 마그넷(310)이 자기장을 발생시키고 자기장에 의한 인력으로 프레임 일체형 마스크(10)가 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(10)에 형성된 마스크 패턴(P)을 통과하여 대상 기판(900)의 일측에 증착될 수 있다. 프레임 일체형 마스크(10)의 마스크 패턴(P)을 통과한 증착된 유기물 소스(600)는 OLED의 화소(700)로서 작용할 수 있다.
마스크 패턴(P)은 측면이 경사지게 형성(테이퍼 형상으로 형성)되므로, 경사진 방향을 따라서 통과하는 유기물 소스(600)들에 의해 새도우 이펙트(Shadow Effect)에 의해 OLED 화소(700)의 증착이 불균일하게 되는 것을 방지할 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.
10: 프레임 일체형 마스크
20: 마스크
30: 지지부
31: 테두리부
33, 35: 제1, 2 그리드부
200: OLED 화소 증착 장치
C, SR, DM: 셀부, 구획부, 더미부
P: 마스크 패턴
20: 마스크
30: 지지부
31: 테두리부
33, 35: 제1, 2 그리드부
200: OLED 화소 증착 장치
C, SR, DM: 셀부, 구획부, 더미부
P: 마스크 패턴
Claims (15)
- 반도체 웨이퍼 상에 OLED 화소를 형성하는 공정에 사용되는 프레임 일체형 마스크로서,
테두리부 및 그리드부를 포함하는 지지부;
상기 지지부 상에 연결되고 마스크 패턴을 포함하는 마스크; 및
상기 지지부와 상기 마스크 사이에 개재되어 상기 지지부와 상기 마스크가 연결되는 연결부
를 포함하고,
상기 지지부는 실리콘 웨이퍼로부터 형성된 것이고, 상기 마스크는 상기 실리콘 웨이퍼 상에 전주도금(electroforming)으로 형성된 것이며,
상기 연결부는 상기 지지부 및 상기 마스크의 성분을 포함하는, 프레임 일체형 마스크. - 제1항에 있어서,
상기 지지부는 상기 테두리가 원형 형상을 가지고,
상기 마스크는 원형 형상을 가지는, 프레임 일체형 마스크. - 제2항에 있어서,
상기 그리드부는,
제1 방향으로 연장 형성되고 양단이 상기 테두리부에 연결되는 복수의 제1 그리드부;
상기 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 연장 형성되어 상기 제1 그리드부와 교차되고, 양단이 상기 테두리부에 연결되어 복수의 제2 그리드부;
를 포함하는, 프레임 일체형 마스크. - 제3항에 있어서,
상기 마스크는,
상기 테두리부 상에 연결되는 더미부;
상기 더미부보다 상기 마스크의 중심부에 배치되고 복수의 마스크 패턴을 포함하는 복수의 셀부;
상기 더미부보다 상기 마스크의 중심부에 배치되고, 상기 복수의 셀부 사이에 배치되는 구획부;
를 포함하는, 프레임 일체형 마스크. - 제4항에 있어서,
상기 구획부는 상기 그리드부 상에 지지되는, 프레임 일체형 마스크. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 성분은 Fe, Ni 및 Si을 포함하는, 프레임 일체형 마스크. - 제1항에 있어서,
상기 테두리부 및 상기 그리드부는 테이퍼(taper)진 측면을 포함하는, 프레임 일체형 마스크. - 제1항에 있어서,
상기 지지부의 표면 저항은 5 X 10-4 ohm·cm 내지 1 X 10-2 ohm·cm인, 프레임 일체형 마스크. - 반도체 웨이퍼 상에 OLED 화소를 형성하는 공정에 사용되는 프레임 일체형 마스크의 제조 방법으로서,
(a) 지지부; 및 지지부 상에서 전주도금(electroforming) 방식으로 형성되고, 마스크 패턴을 포함하는 마스크;를 포함하는 적층체를 준비하는 단계;
(b) 상기 지지부 및 상기 마스크를 열처리하여, 상기 지지부와 상기 마스크 사이에 개재되고 상기 지지부와 상기 마스크를 연결하는 연결부를 형성하는 단계;
(c) 상기 마스크가 부착된 상기 지지부의 제1 면의 반대면인 제2 면 상에서 상기 지지부를 식각하여 테두리부 및 그리드부를 형성하는 단계;
를 포함하고,
상기 (a) 단계에서 지지부는 상기 지지부는 실리콘 웨이퍼로부터 형성된 것이고, 상기 마스크는 상기 실리콘 웨이퍼 상에 전주도금(electroforming)으로 형성된 것이며,
상기 연결부는 상기 지지부 및 상기 마스크의 성분을 포함하는, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법. - 제10항에 있어서,
상기 (a) 단계에서,
상기 지지부는 테두리가 원형 형상을 가지는 실리콘 웨이퍼이고, 상기 마스크는 원형 형상을 가지며 인바(Invar) 또는 수퍼 인바(Super Invar) 재질을 포함하는, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법. - 제10항에 있어서,
상기 (b) 단계의 열처리는 300℃ 내지 800℃로 수행하는, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법. - 제11항에 있어서,
상기 성분은 Fe, Ni 및 Si을 포함하는, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법. - 제10항에 있어서,
상기 (a) 단계에서, 상기 전주도금 방식으로 상기 지지부의 상부면 및 측면 상에 상기 마스크가 형성되는, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법. - 제10항에 있어서,
상기 그리드부는,
제1 방향으로 연장 형성되고 양단이 상기 테두리부에 연결되는 복수의 제1 그리드부;
상기 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 연장 형성되어 상기 제1 그리드부와 교차되고, 양단이 상기 테두리부에 연결되어 복수의 제2 그리드부;
를 포함하는, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법.
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KR (1) | KR102633781B1 (ko) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2001326169A (ja) * | 2000-05-18 | 2001-11-22 | Nec Corp | ステンシルマスク及びその製造方法 |
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KR20180087824A (ko) * | 2017-01-25 | 2018-08-02 | 주식회사 티지오테크 | 프레임 일체형 마스크 및 그 제조방법 |
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2022
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JP2001326169A (ja) * | 2000-05-18 | 2001-11-22 | Nec Corp | ステンシルマスク及びその製造方法 |
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