KR102662406B1 - 메탈마스크용 몰드, 메탈마스크용 몰드의 제조방법 및 이를 이용한 메탈마스크의 제조방법 - Google Patents

메탈마스크용 몰드, 메탈마스크용 몰드의 제조방법 및 이를 이용한 메탈마스크의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102662406B1
KR102662406B1 KR1020210177945A KR20210177945A KR102662406B1 KR 102662406 B1 KR102662406 B1 KR 102662406B1 KR 1020210177945 A KR1020210177945 A KR 1020210177945A KR 20210177945 A KR20210177945 A KR 20210177945A KR 102662406 B1 KR102662406 B1 KR 102662406B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
metal mask
substrate
mask
manufacturing
mold
Prior art date
Application number
KR1020210177945A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20230089374A (ko
Inventor
이명복
Original Assignee
대진대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 대진대학교 산학협력단 filed Critical 대진대학교 산학협력단
Priority to KR1020210177945A priority Critical patent/KR102662406B1/ko
Publication of KR20230089374A publication Critical patent/KR20230089374A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102662406B1 publication Critical patent/KR102662406B1/ko

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H10K71/10Deposition of organic active material
    • H10K71/16Deposition of organic active material using physical vapour deposition [PVD], e.g. vacuum deposition or sputtering
    • H10K71/166Deposition of organic active material using physical vapour deposition [PVD], e.g. vacuum deposition or sputtering using selective deposition, e.g. using a mask
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H10K71/20Changing the shape of the active layer in the devices, e.g. patterning
    • H10K71/231Changing the shape of the active layer in the devices, e.g. patterning by etching of existing layers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electroluminescent Light Sources (AREA)

Abstract

본 발명은 메탈마스크용 몰드, 메탈마스크용 몰드의 제조방법 및 이를 이용한 메탈마스크의 제조방법에 관한 것으로, 단결정 Si 기판 상에 식각 마스크 패턴을 형성하는 제1 단계; 및 상기 형성된 식각 마스크 패턴을 마스크로 사용하여 노출된 기판 영역을 KOH, TMAH, EDP 중 어느 하나의 수용액 속에서 습식 이방성 식각하는 제2 단계;를 포함하고, 상기 습식 이방성 식각을 통하여 Si 기판 상에 테이퍼(taper)를 갖는 캐비티 어레이(cavity array)가 형성되는 것을 특징으로 하고, 이를 통하여 차세대 모바일 및 AR/VR향 초고해상도 OLED 디스플레이 구현을 위한 메탈마스크용 몰드, 메탈마스크용 몰드의 제조방법 및 이를 이용한 메탈마스크의 제조방법을 제공할 수 있는 효과가 있다.

Description

메탈마스크용 몰드, 메탈마스크용 몰드의 제조방법 및 이를 이용한 메탈마스크의 제조방법{MOLD FOR FINE METAL MASK, METHOD OF MANUFACTURING MOLD FOR FINE METAL MASK AND METHOD OF MANUFACTURING FINE METAL MASK USING THE SAME}
본 발명은 메탈마스크용 몰드, 메탈마스크용 몰드의 제조방법 및 이를 이용한 메탈마스크의 제조방법에 관한 것이다.
유기발광다이오드(OLED) 디스플레이는 백라이트(backlight)를 사용하지 않고 전계에 의해 자발광을 내는 것으로, 액정 디스플레이(LCD)에 대비하여 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 등의 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 메탈마스크(fine metal mask, FMM)는 유기물 발광층 증착에 사용되는 쉐도우 마스크(shadow mask)로서 OLED의 해상도를 좌우하는 핵심 부품이다. 진공 증착 중의 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 다단 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.
압연 방식은 두께 감소에 한계가 있어 20 um 이하의 박판을 얻기 어려우며 두께가 얇아질수록 비용이 증가한다는 문제점이 있다. 또한, 제조된 박판의 식각 과정에서도 언더컷(undercut)이나 오버컷(overcut) 현상으로 균일하고 정확한 형상 구현이 어렵다는 문제점이 있다.
전주도금(electroforming) 방식은 도전성 기판의 일면에 포토레지스트(photoresist, PR) 등의 절연물 패턴을 형성한 후에 전기도금에 의해 Fe-Ni 합금 도금층을 얻고 이 도금층을 기판으로부터 박리하는 방법이다. 전주도금 방식은 얇은 두께의 박판을 얻을 수 있으나, 합금 도금의 특성상 박판 조성을 정확히 조절하기 어렵다는 문제점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 전주도금 방식에 의한 FMM 제조방법을 나타내는 도면이다.
도 1에서와 같이, 전주도금 방식을 사용한 종래 기술(등록특허공보 제10-2154556호)에서는 Fe-Ni 도금 후 도금층을 박리하기 전에 절연물 패턴을 제거하므로 모판(몰드)의 재사용이 어렵다. 또한, 절연물 패턴을 미리 제거하지 않는 경우에는 Fe-Ni 도금층을 박리하는 과정에서 절연물 패턴이 물리적 손상을 받기 쉽다. 절연물의 물리적, 화학적 손상에 따라 모판의 반복 사용이 어려워 FMM 제작 시마다 패턴 형성을 다시 제작해야 하므로 생산성 저하의 문제점이 있다. 또한, 상기 절연물 패턴을 테이퍼(taper) 등 기울기 내지 곡면을 가진 형상으로 제조하는 공정이 매우 복잡하고 공정 비용이 많이 든다는 문제점이 있다.
등록특허공보 제10-1871956호 (공고일자: 2018. 07. 02) 등록특허공보 제10-2075064호 (공고일자: 2020. 02. 07)
전술한 문제점을 개선하기 위한 본 발명의 목적은 차세대 모바일 및 AR/VR향 초고해상도(1000 PPI 이상, PPI: pixel per inch) OLED 디스플레이 구현을 위한 메탈마스크용 몰드, 메탈마스크용 몰드의 제조방법 및 이를 이용한 메탈마스크의 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 종래 전주도금 방식으로 제조되는 FMM의 문제점을 해소하고, 1회 제조하면 반영구적으로 반복 사용할 수 있어 공정 시간과 비용을 절감하고 생산성을 향상시킬 수 있는 메탈마스크용 몰드, 메탈마스크용 몰드의 제조방법 및 이를 이용한 메탈마스크의 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 유기물 증착 과정에서 쉐도우 효과(shadow effect)를 최소화할 수 있도록 테이퍼 형상을 가지며 높은 형상 정밀도를 재현성 높고 간단한 제조방법으로 구현할 수 있는 메탈마스크용 몰드, 메탈마스크용 몰드의 제조방법 및 이를 이용한 메탈마스크의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 메탈마스크용 몰드 제조방법은 단결정 Si(100) 기판 상에 식각 마스크 패턴을 형성하는 제1 단계; 및 상기 형성된 식각 마스크 패턴을 마스크로 사용하여 노출된 기판 영역을 KOH(potassium hydroxide), TMAH(tetra-methyl ammonium hydroxide), EDP(ethylene diamine pyrochatechol) 중 어느 하나의 수용액 속에서 습식 이방성 식각하는 제2 단계;를 포함하고, 상기 습식 이방성 식각을 통하여 Si 기판 상에 테이퍼(taper)를 갖는 캐비티 어레이(cavity array)가 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 단계는 저농도 도핑(doping)된 p형 Si(100) 기판 또는 도핑(doping)되지 않은 Si(100) 기판을 준비하고, 보론(Boron) 이온을 일정 깊이에 이온주입(ion implantation)한 후 활성화 어닐링하여 고농도 도핑된 P+ 층을 내부에 형성하는 제1 과정; 식각 마스크(Etch mask)로서 SiO2 또는 SiNx 박막을 증착하는 제2 과정; 포토리소그래피(Photolithography)로 PR(photoresist) 패턴을 형성하는 제3 과정; 및 상기 PR 패턴을 마스크로 하여, 노출된 영역의 식각 마스크를 반응성 이온 식각(RIE)으로 제거하는 제4 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 메탈마스크용 몰드 제조방법에서, 상기 제1 단계는 저농도 도핑된 p형 Si(100) 기판(Top Si)과 고농도 도핑된 p+ 표면부 영역을 갖는 p형 Si 기판(Bottom Si)을 서로 접합하고, Top Si 기판 일면을 잔존 두께가 5~30 um가 되도록 연마하는 제1 과정; 식각 마스크로 SiO2 또는 SiNx 박막을 증착하는 제2 과정; 포토리소그래피로 PR 패턴을 형성하는 제3 과정; 및 상기 PR 패턴을 마스크로 하여, 노출된 영역의 식각 마스크를 반응성 이온 식각으로 제거하는 제4 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제2 단계에서 상기 습식 이방성 식각을 통하여 Si 기판 상에 테이퍼를 갖는 캐비티 어레이를 형성한 후에, 상기 식각 마스크가 소정의 두께만큼 잔존하는 상태에서 열산화를 실시하여 테이퍼 부분에 0.3~1um 두께의 산화막을 형성하는 과정; 및 BHF(buffered hydrofluoric acid)액으로 표면에 노출된 SiO2 를 제거하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 메탈마스크 제조방법은 상술한 메탈마스크용 몰드 제조방법에 의하여 생성된 Si 기판을 몰드로 사용하여 Fe와 Ni 이온을 함유하는 전해액 중에서 전주도금(electroforming)을 통하여 Fe-Ni 도금층을 형성하는 제1 단계; 및 상기 Fe-Ni 도금층을 Si 기판으로부터 박리(peel-off)하여 미세 메탈마스크(fine metal mask, FMM)를 형성하는 제2 단계를 포함하고, 상기 Fe-Ni 도금층은 캐비티 하부에서 상부 방향으로 성장하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 단계는 상기 Fe-Ni 도금층을 불활성 가스 분위기 중에서 열처리하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 메탈마스크용 몰드, 메탈마스크용 몰드의 제조방법 및 이를 이용한 메탈마스크의 제조방법에 따르면, 전주도금을 위한 몰드를 Si 단결정의 습식 이방성 식각으로 형성하므로, Si 결정방향에 따라 정확한 관통공의 형상을 얻을 수 있고, 습식 식각시 식각 정지층(etch stop layer)을 사용하므로 식각 시간을 정확하게 제어가능하여 미세 메탈마스크의 높은 정밀도를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 종래 전주도금 방식으로 제조되는 FMM의 문제점을 해소하고, 1회 제조하면 반영구적으로 반복 사용할 수 있어 공정 시간과 비용을 절감하고 생산성을 향상시킬 수 있는 메탈마스크용 몰드를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 유기물 증착 과정에서 쉐도우 효과(shadow effect)를 최소화할 수 있도록 테이퍼 형상을 가지며 높은 형상 정밀도를 갖는 메탈마스크를 재현성 높고 간단한 제조방법으로 구현할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 전주도금 방식에 의한 FMM 제조방법을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 메탈마스크용 몰드, 메탈마스크용 몰드의 제조방법 및 이를 이용한 메탈마스크의 제조방법을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 메탈마스크용 몰드, 메탈마스크용 몰드의 제조방법 및 이를 이용한 메탈마스크의 제조방법을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 2 및 도 3에 따른 메탈마스크용 몰드, 메탈마스크용 몰드의 제조방법 및 이를 이용한 메탈마스크의 제조방법에 적용되는 Fe-Ni 도금방법을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 2의 S50을 거쳐 형성된 테이퍼를 갖는 캐비티 어레이를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 3의 S61의 열산화 과정을 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 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 메탈마스크용 몰드, 메탈마스크용 몰드의 제조방법 및 이를 이용한 메탈마스크의 제조방법을 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 메탈마스크용 몰드, 메탈마스크용 몰드의 제조방법 및 이를 이용한 메탈마스크의 제조방법을 나타내는 도면이며, 도 4는 도 2 및 도 3에 따른 메탈마스크용 몰드, 메탈마스크용 몰드의 제조방법 및 이를 이용한 메탈마스크의 제조방법에 적용되는 Fe-Ni 도금방법을 나타내는 도면이고, 도 5는 도 2의 S50을 거쳐 형성된 테이퍼를 갖는 캐비티 어레이를 나타내는 도면이며, 도 6은 도 3의 S61의 열산화 과정을 설명하기 위한 도면이다.
우선, 본 발명의 실시예에 의한 메탈마스크용 몰드 제조방법은 단결정 Si 기판 상에 식각 마스크 패턴을 형성하는 제1 단계와, 제1 단계에서 형성된 식각 마스크 패턴을 마스크로 사용하여 노출된 기판 영역을 KOH, TMAH, EDP 중 어느 하나의 수용액 속에서 습식 이방성 식각하는 제2 단계;를 포함한다.
이때, 상기 습식 이방성 식각을 통하여 Si 기판 상에 테이퍼(taper)를 갖는 캐비티 어레이(cavity array)가 형성된다.
제1 실시예로서, 상기 제1 단계는 저농도 도핑(doping)된 p형 Si(100) 기판 또는 도핑(doping)되지 않은 Si(100) 기판을 준비하고, 보론(Boron) 이온을 일정 깊이에 이온주입(ion implantation)한 후 활성화 어닐링하여 고농도 도핑된 P+ 층을 내부에 형성하는 제1 과정과, 식각 마스크(Etch mask)로서 SiO2 또는 SiNx 박막을 증착하는 제2 과정과, 포토리소그래피(Photolithography)로 PR(photoresist) 패턴을 형성하는 제3 과정과, 제3 과정에서 형성된 PR 패턴을 마스크로 하여, 노출된 영역의 식각 마스크를 반응성 이온 식각(RIE)으로 제거하는 제4 과정을 포함한다.
또한, 제2 실시예로서, 상기 제1 단계는 저농도 도핑된 p형 Si(100) 기판(Top Si)과 고농도 도핑된 p+ 표면부 영역을 갖는 p형 Si 기판(Bottom Si)을 서로 접합하고, Top Si 기판 일면을 잔존 두께가 5~30 um가 되도록 연마하는 제1 과정과, 식각 마스크로 SiO2 또는 SiNx 박막을 증착하는 제2 과정과, 포토리소그래피로 PR 패턴을 형성하는 제3 과정과, 제3 과정에서 형성된 PR 패턴을 마스크로 하여, 노출된 영역의 식각 마스크를 반응성 이온 식각(RIE)으로 제거하는 제4 과정을 포함한다.
상기 제2 실시예에서, 제2 단계에서 습식 이방성 식각을 통하여 Si 기판 상에 테이퍼를 갖는 캐비티 어레이를 형성한 후에, 식각 마스크가 소정의 두께만큼 잔존하는 상태에서 열산화를 실시하여 테이퍼 부분에 0.3~1um 두께의 산화막을 형성하는 과정과, BHF(buffered hydrofluoric acid)액으로 표면에 노출된 SiO2 를 제거하는 과정을 더 포함할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 메탈마스크용 몰드, 메탈마스크용 몰드의 제조방법 및 이를 이용한 메탈마스크의 제조방법은 단결정 Si 기판 상에 식각 마스크 층의 증착 공정, 포토리소그래피 공정, 마스크 일부 영역의 식각 공정을 거쳐 식각 마스크 층의 패턴을 형성하고, 식각 마스크를 사용하여 노출된 기판 영역을 KOH(potassium hydroxide), TMAH(tetra-methyl ammonium hydroxide), EDP(ethylene diamine pyrochatechol) 중 어느 하나의 수용액 속에서 습식 이방성 식각하여 캐비티 어레이(cavity array)를 형성한다.
이때, 상기 습식 이방성 식각은 단결정 Si(100) 기판의 결정면에 따른 식각 속도의 차이에 의해 캐비티의 크기와 형상이 결정된다. 또한, 상기 습식 이방성 식각은 식각 정지층(etch stop layer)의 사용에 의해 종료 시점을 정확히 제어 가능하다.
이러한 캐비티 어레이가 형성된 실리콘 기판을 몰드로 사용하여 Fe와 Ni 이온을 함유하는 전해액 중에서 전주도금(electroforming)에 의해 Fe-Ni 도금막을 형성한다. 이 때, 도금막의 성장은 도전성을 갖는 캐비티 하부면에서 개시되어 상부 방향으로 성장하게 되므로, 도금층 내의 공극(void) 형성을 방지할 수 있게 된다.
또한, 상기 Fe-Ni 도금층의 도금이 종료된 후에 도금층을 Si 몰드로부터 박리(peel-off)한다.
상기 Fe-Ni 도금층의 도금이 종료된 후에 도금층을 Si 몰드로부터 박리하기 전 단계에서, 도금층을 불활성 가스 분위기 중에서 열처리 과정을 거칠 수도 있다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 전주도금시에 도금액은 염화제1철수화물(FeCl2·6H2O) 및 황산제1철수화물(NiSO4·6H2O)등의 금속염과 pH 완충제, 광택제, 피트 방지제 등의 각종 첨가물을 포함할 수 있다.
또한, 상기 도금액 중의 금속염으로 황산코발트수화물(CoSO4·6H2O) 등의 Co를 포함하는 금속염을 추가할 수 있다.
또한, 전주도금 시에 양극은 Ni이나 불용성 양극(Ti, Ir, Ru 등)을 사용할 수 있고, 도금액은 교반을 하거나 도금조 외부에 액 순환 라인을 연결하여 도금액을 순환시킬 수 있다. 한편, 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.
이하에서는, 상술한 메탈마스크용 몰드 제조방법에 의하여 생성된 Si 기판을 이용하여 메탈마스크를 제조하는 방법에 관하여 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
[제1 실시예]
도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 메탈마스크용 몰드, 메탈마스크용 몰드의 제조방법 및 이를 이용한 메탈마스크의 제조방법을 설명하기로 한다.
우선, S10에서, 저농도로 도핑(doping)된 p형 Si(100) 기판 또는 도핑(doping)되지 않은 Si(100) 기판을 준비하고, 보론(Boron) 이온을 일정 깊이(예를 들어, 표면에서 5-30 um)에 이온주입하고 활성화 어닐링하여 고농도 도핑된 P+ 층을 내부에 형성한다. 이때, P+ 층은 표면으로부터 5 내지 30 um 이격되며, P+ 층의 불순물은 적어도 1019 cm-3 이상 도핑된 상태이다.
그런 다음, S20에서, 식각 마스크로 SiO2 또는 SiNx 박막을 화학기상증착법(CVD) 등으로 증착한다. 이때, SiO2 박막의 두께는 0.3~1.2 um이며, 열산화 또는 열 CVD, PECVD, LPCVD 등으로 형성한다. 또한, SiNx 층의 두께는 0.3~1.2 um이며 열 CVD, PECVD, LPCVD 등으로 형성한다.
그런 다음, S30에서, 포토리소그래피로 PR 패턴을 형성한다. 이때, PR 스핀코팅, 포토마스크 장착, 노광, 현상 등의 과정을 거치게 된다. 여기서, Positive형 PR이라면 PR 패턴 형성 영역은 메탈마스크에서 관통공의 밑면에 해당한다.
그런 다음, S40에서, PR 패턴을 마스크로 하여, 반응성 이온 식각(RIE)으로 노출된 영역의 식각 마스크를 제거한다. 또한, 노출된 영역의 식각 마스크를 제거한 후 잔존 PR은 황산-과산화수소(H2SO4-H2O2)용액 등으로 제거할 수 있다.
그런 다음, S50에서, Si 기판을 도금조(bath)에 장입하고, KOH 수용액이나 TMAH 또는 EDP 수용액 내에서 습식 이방성 식각(wet anisotropic etching)으로 식각하여 테이퍼를 갖는 캐비티 어레이를 형성한다. 한편, KOH 농도는 1~5 M/L, 수용액의 온도는 30~90 ℃일 수 있다. 추가적으로, 이러한 식각 과정 종료 후 잔존하는 식각 마스크를 제거할 수 있다.
이때, 도 5에서와 같이 Si 기판의 결정면에 따른 식각 속도 차이에 의해 (100)면과 (111)면이 이루는 테이퍼 각도는 정확히 54.7°를 이루며, 또한 P+층에서 식각이 느려지므로 식각 종료 시점을 정확히 제어 가능하여 언더컷(undercut) 현상을 최소화할 수 있게 된다.
그런 다음, S60에서, Si 기판을 몰드(mold)로 사용하여 메탈마스크를 제조한다. 즉, Si 기판을 도금조 내에 장입하고 전주도금(electroforming)하여 Fe-Ni 합금 도금층을 형성한다. 이때, 캐비티의 경사면 및 Si 상부면은 전기가 거의 통하지 않으므로, 고농도 도핑된 p+ Si과 만나는 캐비티 밑면에서 도금이 개시되며 도금층은 기판에 수직한 상방으로 성장하게 된다. 또한, 전주도금시 전주 도금액의 농도는 Fe 이온을 포함하는 금속염 0.05~0.5 M/L, Ni 이온을 포함하는 금속염 0.1~1.0 M/L, 온도는 30~90 ℃일 수 있다..
그런 다음, S70에서, 전주도금된 도금층을 Si 기판으로부터 박리하여 제거한다. 이때, 전주도금된 도금층을 Si 기판으로부터 박리하여 제거하기 전에 비활성 분위기 및 300~900℃에서 열처리할 수도 있다.
또한, 박리된 도금층의 두께는 5 내지 30 um일 수 있다.
최종적으로, 박리된 도금층을 미세 메탈마스크로 사용할 수 있고, 얻어진 미세 메탈마스크의 조성의 중량비는 57~67 Fe, 3~7 Co, 30~36 Ni 이거나, 58~70 Fe, 30~42 Ni 일 수 있다.
[제2 실시예]
도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 메탈마스크용 몰드, 메탈마스크용 몰드의 제조방법 및 이를 이용한 메탈마스크의 제조방법을 설명하기로 한다.
우선, S11에서, 저농도 도핑된 p형 Si(100) 기판(Top Si)과 고농도 도핑된 p+ 표면부 영역을 갖는 p형 Si 기판(Bottom Si)을 서로 접합하고, Top Si 기판 일면을 연마하여 잔존 두께가 5~30um가 되도록 한다. 이때, 두 기판의 접합을 용이하게 하기 위해 고농도 도핑된 p+ 표면 영역을 갖는 Si 기판(Bottom Si)의 p+ 영역측 표면에 SiO2 박막을 형성할 수 있다. 또한, S11단계에서 매립된 SiO2 층은 Top Si의 표면으로부터 5 내지 30 um 이격되어 구비되며, Bottom Si의 p+ 영역의 불순물은 적어도 1019 cm-3 이상일 수 있다.
그런 다음, S21에서, 식각 마스크로 SiO2 또는 SiNx 박막을 화학기상증착법(CVD) 등으로 증착한다. 이때, SiO2 층의 경우, 두께는 0.3~1.2 um이며 열산화 또는 열 CVD, PECVD, LPCVD 등으로 형성될 수 있다. 또한, SiNx 층의 경우, 두께는 0.3~1.2 um이며 열 CVD, PECVD, LPCVD 등으로 형성될 수 있다.
그런 다음, S31에서, 포토리소그래피로 PR 패턴을 형성한다. 이때, PR 스핀코팅, 포토마스크 장착, 노광, 현상 등의 과정을 거치게 된다. 여기서, Positive형 PR이라면 PR 패턴 형성 영역은 메탈마스크에서 관통공의 밑면에 해당한다.
그런 다음, S41에서, PR 패턴을 마스크로 하여, 반응성 이온 식각(RIE)으로 노출된 영역의 식각 마스크를 제거한다. 또한, 노출된 영역의 식각 마스크를 제거한 후 잔존 PR은 황산-과산화수소(H2SO4-H2O2)용액 등으로 제거할 수 있다.
그런 다음, S51에서, Si 기판을 도금조(bath)에 장입하고, KOH 수용액이나 TMAH 또는 EDP 수용액 내에서 습식 이방성 식각(wet anisotropic etching)으로 식각하여 테이퍼를 갖는 캐비티 어레이를 형성한다. KOH 농도는 1~5 M/L, 수용액의 온도는 30~90 ℃일 수 있다. 이때, 제1 실시예에서와 같이 Si 기판의 결정면에 따른 식각 속도 차이에 의해 테이퍼 각도는 정확히 54.7°를 이루며, 또한 매립된 SiO2층에서 식각이 정지하므로 식각 종료 시점을 정확히 제어가능하게 되어 언더컷(undercut) 현상을 최소화할 수 있게 된다. 한편, KOH 농도는 1~5 M/L, 수용액의 온도는 30~90 ℃인 것이 바람직하다.
그런 다음, S61에서, 식각 마스크가 약간의 두께만큼 잔존하는 상태에서 열산화를 실시하여 테이퍼 부분에 0.3~1um 두께의 산화막을 형성한다.
이러한 열산화를 실시하는 이유는, 도 6에 도시된 바와 같이, 케비티 어레이의 테이퍼 면인 {111} 면은 서로 직각으로 만나는 4개의 코너부를 형성하게 되는데, 이 코너 부분에 일정한 곡률을 부여하여 곡면 형상을 갖게 하기 위함이다. 여기서, 도 6에서 (b)는 (a)에서 A-A'단면으로 절단했을 경우 절단면을 위에서 바라본 평면도이고, (b)에서 실선은 습식 식각후 열산화하지 않았을 때 메탈마스크의 개구(aperture, 관통공)의 형상, 점선은 습식 식각후 추가 열산화한 다음 BHF로 SiO2 를 제거했을 때의 개구 형상을 나타낸다. 즉, Si(100) 기판의 습식 이방성 식각으로 형성된 캐비티의 {111} 면이 만나는 코너 부위는 오목하게 되어 있으므로, 열산화 시 산소나 수증기 기체의 확산이 늦어져 {111} 평면 대비 산화 속도가 느려지게 되어 산화막이 상대적으로 얇게 형성된다. 따라서, 열산화 공정 후에 S71에서 BHF로 표면에 노출된 산화막을 제거하면 직각으로 만나는 날카로운 코너 부위를 소정의 둔각의 곡률을 갖는 곡면 형상으로 만들 수 있게 된다. 또한, 남아 있는 식각 마스크 층을 건식 또는 습식 식각으로 제거하는 단계를 추가할 수도 있다. 이를 통하여, R, G, B 유기물을 각각 증착할 때 캐비티 내부의 코너 부위에서 쉐도우 효과(shadow effect)를 감소시킬 수 있게 된다.
그런 다음, S81에서, Si 기판을 몰드(mold)로 사용하여 메탈마스크를 제조한다. 즉 Si 기판을 도금조 내에 장입하고, 전주도금하여 Fe-Ni 합금 도금층을 형성한다. 전주도금시 전주 도금액의 농도는 Fe 이온을 포함하는 금속염 0.05~0.5 M/L, Ni 이온을 포함하는 금속염 0.1~1.0 M/L, 온도는 30~90 ℃일 수 있다. 이때, 제1 실시예에서와 같은 이유로 p+ Si과 만나는 캐비티 밑면에서 도금이 시작되며 도금층은 기판에 수직한 상방으로 성장하게 된다. 따라서, 도금층 내의 공극(void) 형성을 억제할 수 있다.
그런 다음, S91에서, 전주도금된 도금층을 Si 기판으로부터 박리하여 제거한다. 이때, 전주도금된 도금층을 Si 기판으로부터 박리하여 제거하기 전에 비활성 가스 분위기 및 300~900℃에서 열처리할 수도 있다.
또한, 박리된 도금층의 두께는 5 내지 30 um일 수 있다.
최종적으로, 박리된 도금층을 미세 메탈마스크로 사용할 수 있고, 얻어진 미세 메탈마스크의 조성의 중량비는 57~67 Fe, 3~7 Co, 30~36 Ni 이거나, 58~70 Fe, 30~42 Ni 일 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 메탈마스크용 몰드, 메탈마스크용 몰드의 제조방법 및 이를 이용한 메탈마스크의 제조방법은 단결정 Si 기판 상에 식각 마스크 패턴을 형성하고, 식각 마스크 패턴을 마스크로 사용하여 노출된 기판 영역을 KOH, TMAH, EDP 등의 수용액 속에서 습식 이방성 식각하여 캐비티 어레이를 형성하여 Si 몰드를 제조하고, Si 몰드를 사용하여 전주도금에 의해 Fe-Ni 도금층을 형성하며, 도금층을 Si 몰드로부터 박리하여 미세 메탈마스크를 얻도록 함으로써, 차세대 모바일 및 AR/VR향 초고해상도 OLED 디스플레이 구현을 위한 메탈마스크용 몰드, 메탈마스크용 몰드의 제조방법 및 이를 이용한 메탈마스크의 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 종래 전주도금 방식으로 제조되는 FMM의 문제점을 해소하고, 1회 제조하면 반영구적으로 반복 사용할 수 있어 공정 시간과 비용을 절감하고 생산성을 향상시킬 수 있는 FMM 제조용 몰드를 제공할 수 있고, 유기물 증착 과정에서 쉐도우 효과(shadow effect)를 최소화할 수 있도록 테이퍼 형상을 가지며 높은 형상 정밀도를 가지는 FMM을 재현성 높고 간단한 제조방법으로 구현할 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 (7)

  1. 단결정 Si(100) 기판 상에 식각 마스크 패턴을 형성하는 제1 단계; 및
    상기 형성된 식각 마스크 패턴을 마스크로 사용하여 노출된 기판 영역을 KOH(potassium hydroxide), TMAH(tetra-methyl ammonium hydroxide), EDP(ethylene diamine pyrochatechol) 중 어느 하나의 수용액 속에서 습식 이방성 식각하는 제2 단계;를 포함하고,
    상기 습식 이방성 식각을 통하여 Si 기판 상에 테이퍼(taper)를 갖는 캐비티 어레이(cavity array)가 형성되며,
    상기 제1 단계는
    저농도 도핑된 p형 Si(100) 기판(Top Si)과 고농도 도핑된 p+ 표면부 영역을 갖는 p형 Si(100) 기판(Bottom Si)을 서로 접합하고, Top Si 기판 일면을 잔존 두께가 5~30 um가 되도록 연마하는 제1 과정;
    식각 마스크(Etch mask)로 SiO2 또는 SiNx 박막을 증착하는 제2 과정;
    포토리소그래피(Photolithography)로 PR(photoresist) 패턴을 형성하는 제3 과정; 및
    상기 PR 패턴을 마스크로 하여, 반응성 이온 식각(RIE)으로 노출된 영역의 식각 마스크를 제거하는 제4 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 메탈마스크용 몰드 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단계는
    저농도 도핑(doping)된 p형 Si(100) 기판 또는 도핑(doping)되지 않은 Si(100) 기판을 준비하고, 보론(Boron) 이온을 일정 깊이에 이온주입(ion implantation)한 후 활성화 어닐링하여 고농도 도핑된 P+ 층을 내부에 형성하는 제1 과정;
    식각 마스크(Etch mask)로 SiO2 또는 SiNx 박막을 증착하는 제2 과정;
    포토리소그래피(Photolithography)로 PR(photoresist) 패턴을 형성하는 제3 과정; 및
    상기 PR 패턴을 마스크로 하여, 노출된 영역의 식각 마스크를 반응성 이온 식각(RIE)으로 제거하는 제4 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 메탈마스크용 몰드 제조방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 단계에서 상기 습식 이방성 식각을 통하여 Si 기판 상에 테이퍼를 갖는 캐비티 어레이를 형성한 후에,
    상기 식각 마스크가 소정의 두께만큼 잔존하는 상태에서 열산화를 실시하여 테이퍼 부분에 0.3~1um 두께의 산화막을 형성하는 과정; 및
    BHF(buffered hydrofluoric acid)액으로 표면에 노출된 SiO2 를 제거하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 메탈마스크용 몰드 제조방법.
  5. 제1항 내지 제2항, 제4항 중 어느 한 항에 기재된 메탈마스크용 몰드 제조방법에 의하여 생성된 메탈마스크.
  6. 제1항 내지 제2항, 제4항 중 어느 한 항에 기재된 메탈마스크용 몰드 제조방법에 의하여 생성된 Si 기판을 몰드로 사용하여 Fe와 Ni 이온을 함유하는 전해액 중에서 전주도금(electroforming)을 통하여 Fe-Ni 도금층을 형성하는 제1 단계; 및
    상기 Fe-Ni 도금층을 Si 기판으로부터 박리(peel-off)하여 미세 메탈마스크(fine metal mask, FMM)를 형성하는 제2 단계를 포함하고,
    상기 Fe-Ni 도금층은 캐비티 하부에서 상부 방향으로 성장하는 것을 특징으로 하는 메탈마스크 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 단계는 상기 Fe-Ni 도금층을 불활성 가스 분위기 중에서 열처리하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 메탈마스크 제조방법.
KR1020210177945A 2021-12-13 2021-12-13 메탈마스크용 몰드, 메탈마스크용 몰드의 제조방법 및 이를 이용한 메탈마스크의 제조방법 KR102662406B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210177945A KR102662406B1 (ko) 2021-12-13 2021-12-13 메탈마스크용 몰드, 메탈마스크용 몰드의 제조방법 및 이를 이용한 메탈마스크의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210177945A KR102662406B1 (ko) 2021-12-13 2021-12-13 메탈마스크용 몰드, 메탈마스크용 몰드의 제조방법 및 이를 이용한 메탈마스크의 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20230089374A KR20230089374A (ko) 2023-06-20
KR102662406B1 true KR102662406B1 (ko) 2024-04-29

Family

ID=86995059

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210177945A KR102662406B1 (ko) 2021-12-13 2021-12-13 메탈마스크용 몰드, 메탈마스크용 몰드의 제조방법 및 이를 이용한 메탈마스크의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102662406B1 (ko)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101365457B1 (ko) * 2012-03-15 2014-02-21 한국기계연구원 니켈 코팅 나노카본의 제조 방법
KR101871956B1 (ko) * 2016-11-28 2018-07-02 주식회사 티지오테크 모판, 모판의 제조 방법, 및 마스크의 제조 방법
KR20190141986A (ko) * 2018-06-15 2019-12-26 주식회사 에스앤에스텍 극자외선 리소그래피용 펠리클 및 그의 제조방법
KR102075064B1 (ko) 2018-11-13 2020-02-07 (주)애니캐스팅 돌출전극부가 배열된 다중배열전극 및 이를 제조하는 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20230089374A (ko) 2023-06-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110197855A (zh) 用于Topcon电池制作的poly-Si绕镀的去除方法
US20130284255A1 (en) High-Efficiency Thin-Film Solar Cells
CN102227519B (zh) 模具及其制造方法
KR101871956B1 (ko) 모판, 모판의 제조 방법, 및 마스크의 제조 방법
JP2002122707A (ja) 非球面マイクロ構造体、及びその作製方法
US20190252614A1 (en) Mother plate, method for manufacturing mother plate, method for manufacturing mask, and oled pixel deposition method
KR102662406B1 (ko) 메탈마스크용 몰드, 메탈마스크용 몰드의 제조방법 및 이를 이용한 메탈마스크의 제조방법
KR102010001B1 (ko) Oled 화소 형성 마스크의 제조에 사용되는 전주도금 모판
KR101274155B1 (ko) 금속 마스크 제조방법
CN215593170U (zh) 一种支撑掩膜版、支撑掩膜组件及蒸镀掩膜部件
CN103205675A (zh) 蒸镀用狭长沟槽掩模板的制备方法
KR101832988B1 (ko) 모판, 모판의 제조 방법, 및 마스크의 제조 방법
CN103205677A (zh) 蒸镀用沟槽掩模板的制备方法
KR102075064B1 (ko) 돌출전극부가 배열된 다중배열전극 및 이를 제조하는 방법
CN113737129A (zh) 一种金属掩膜版的加工方法
KR102109037B1 (ko) 다중배열전극을 이용한 유기 증착 마스크 제조 방법
KR102619658B1 (ko) 미세 메탈 마스크 제조방법
US10615194B2 (en) Array substrates, manufacturing methods thereof, and liquid crystal display (LCD) panels
KR102696337B1 (ko) 고정밀 미세 메탈 마스크 제조방법
CN111733381A (zh) 一种掩膜版框架及其制作方法、掩膜版组件
JP3681101B2 (ja) マイクロレンズアレイ用金型マスターの作製方法
KR20240021530A (ko) 유기발광다이오드 디스플레이용 메탈 마스크 및 그 제조 방법
JP2000271940A (ja) マイクロレンズまたはマイクロレンズ金型の作製方法、それに用いるマイクロレンズ用またはマイクロレンズ金型用基板
Lee et al. High-pixel-density fine metal mask fabricated by electroforming of Fe-Ni alloy onto UV-nanoimprinted resin pattern on Si substrate
CN110520392B (zh) 制造由玻璃支承件支承的金属薄膜的方法

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant