KR20050120170A - 니켈 전주도금법을 이용한 금속마스크 제작방법 및 이를이용한 금속 마스크 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전도성 기판에 액상감광막(LPR)을 도포하는 단계와, 광리소그라피를 사용하여 상기 액상감광막을 노광 및 현상하여 패터닝하는 단계와, 상기 패터닝된 감광막이 테이퍼 형상을 지니도록 베이킹하는 단계와, 전주도금 (electroplating)하여 Ni 금속층을 형성하는 단계와, 상기 Ni 금속층 위에 Ni 합금층을 형성하는 단계와, 상기 Ni 금속층 및 Ni 합금층을 상기 전도성 기판으로부터 분리하는 단계를 포함하는 Ni 전주도금법을 이용한 금속마스크 제작방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 기존의 방식으로는 구현하기 어려운 0.33 mm 피치 이하의 높은 정밀도를 가지며 동시에 표면을 강화시켜 신뢰성 향상 및 제품 수명 연장이 가능한 금속 마스크를 제작할 수 있다.
Description
본 발명은 니켈(Ni) 전주도금법을 이용한 금속마스크 제작방법 및 이를 이용한 금속 마스크에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 높은 정밀도를 가지며 동시에 표면을 강화시켜 신뢰성 향상 및 제품 수명 연장이 가능한 금속 마스크 제작 방법 및 이를 이용한 금속 마스크에 관한 것이다.
기존의 금속 마스크 제작 방식은 레이저 가공방식 및 금속 식각(etching) 방식으로 분류할 수 있으며, 최근 들어 DFR(dry film resist) 패터닝 공정 및 Ni 전주도금기술을 이용한 정밀 마스크 제작 기술이 개발되었다.
레이저 가공 방식은 레이저 가공 장치를 이용하여 일정한 두께, 예컨대 100~200 ㎛의 두께를 가지는 SUS 기판 상에 구현하고자 하는 솔더 스크린 프린팅(solder screen printing)을 위한 개구부를 순차적으로 정해진 형상에 따라 가공하는 방법이지만, 구현하고자 하는 패턴 크기가 100 ㎛ 이상이 되어야 하는 등 패턴 크기 축소에 제한을 받으며 식각된 개구부의 벽면 조도가 좋지 않고 장비 의존도가 매우 높은 단점이 있다.
이러한 단점 때문에 금속 식각을 이용한 금속 마스크 제작 방법이 사용되고 있다. 예컨대 100~200 ㎛ 두께의 SUS 기판 상에 DFR을 패터닝한 후 식각액을 이용하여 구현하고자 하는 개구부의 형상으로 SUS 기판을 식각하는 방식이다.
도 1은 종래 기술에 따른 DFR 패터닝 공정 및 금속 식각법을 이용한 금속 마스크 제작 방법의 흐름도이며, 도 2는 종래 기술에 따른 DFR 패터닝 공정 및 금속 식각법을 이용한 금속 마스크 제작 과정상의 단계별 가공물 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조로 설명하면, 우선 SUS 기판(210)의 양쪽면에 열간 압착용 롤러(roller)를 이용하여 DFR(220)을 부착한다(S110). 도 2의 (a)는 SUS 기판(210)의 양쪽면에 DFR(220)이 부착된 상태의 단면도를 도시하고 있다.
이후 리소그라피 공정을 이용하여 상부면의 DFR을 노광 및 현상하여 DFR 패터닝을 형성하며,(S120). 형성된 DFR 패터닝은 이후 식각 공정에서 마스크로서 작용한다. 그 결과 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 DFR 패터닝이 형성된다.
이후 식각액, 예컨대 염화제이철 식각액을 사용하여 SUS 기판(210)을 식각한다(S130). 도 2의 (c)는 SUS 기판(210)을 식각한 상태의 단면도를 도시한다.
식각이 완료되면 SUS 기판의 양쪽 표면의 DFR을 제거하고(S140), 세척 및 건조를 수행한다(S150). 이후 이렇게 생성된 SUS 마스크(240)를 검사한다(S370). 도 2의 (d)는 생성된 SUS 마스크(440)의 단면도이다.
이러한 DFR 패터닝 공정 및 금속 식각법을 이용한 금속 마스크 제작 방법은 레이저 가공 방식에 비해서 장비 의존성이 크지 않고 제작된 개구부의 형상 및 벽면 조도가 우수한 장점이 있으나 금속 식각 공정의 특성상 정밀도 및 식각 깊이를 제어하기 힘든 단점이 있다.
이러한 단점을 개선하기 위해서 다양한 방식의 금속 식각법을 이용한 금속 마스크 제작 방법이 제안되었다.
예컨대, 삼성전자에 의해서 출원되고, 2000년 7월 20일자로 등록된 "메탈마스크와 그 제조방법"이라는 명칭의 한국특허등록번호 제10-0269101호는 금속 식각 공정이 아닌 전주도금법을 사용하여 정밀도를 높이는 금속 마스크 제작 방법을 개시하고 있다.
즉, 기판에 드라이 필름을 형성하고, 드라이 필름 상에 패터닝된 필름을 부착하고 노광하고, 노광 후 현상액에 의해 현상하고, 현상 후 1차 도금을 하고, 1차도금후 소정부위에 마스킹 처리를 하고, 마스킹 처리 후 2차 도금을 하고, 2차 도금 후 기판으로부터 도금층을 분리하고 드라이필름을 제거하는 단계를 포함하는 금속 마스크의 제조방법이 개시되고 있다.
그러나 한국특허등록번호 제10-0269101호는 라미네이터(laminator)를 사용하는 압착법을 사용하여 드라이 필름을 기판에 부착하는 방식이며, 이러한 방식을 사용하는 경우 DFR 패터닝 공정의 특성상 액상감광막(Liquid PR)에 비해 높은 정밀도를 구현하기 어렵다는 단점이 존재한다.
또한, 오가와(Kiyoshi Ogawa)에 의해서 출원되고, 2002년 11월 7일자로 공개된 "Method for producing metal mask and metal mask"이라는 명칭의 미국 특허출원공개번호 제US2002/0164534A1호는 DFR 패터닝 공정 및 금속 전주도금기술을 이용한 방식의 금속 마스크 제작 방법을 개시하고 있다.
도 3은 오가와의 출원에 개시된 DFR 패터닝 공정 및 Ni 전주도금법을 이용한 금속 마스크 제작 방법의 흐름도이며, 도 4는 오가와의 출원에 개시된 DFR 패터닝 공정 및 Ni 전주도금법을 이용한 금속 마스크 제작 과정의 단계별 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조로 설명하면, 우선 전도성 기판(410)위에 DFR(420)을 열간압착한다(S310). 도 4의 (a)는 열간압착후 전도성 기판(410)과 DFR(420)이 압착된 상태의 단면도이다.
이후 리소그라피 공정을 이용하여 DFR(420)을 노광하고 현상하여 DFR 패터닝을 형성한다(S420). 도 4의 (b)는 노광 및 현상후의 DFR 패터닝이 형성된 상태의 단면도이다.
이렇게 패터닝 한 후, 전주도금을 이용하여 금속 전주도금층(430)을 형성한다(S430). 도 4의 (c)는 전도성 기판(410)위에 금속 전주도금층(430)이 형성된 상태의 단면도이다.
이후 남아있는 DFR(420)을 제거한다(S340). DFR(420)이 제거되면, 금속 마스크(440)를 분리하고(S350), 세척 및 건조를 수행한다(S360). 이렇게 생성된 금속 마스크(440)를 검사한다(S370). 도 4의 (d)는 분리된 후의 금속 마스크(440)의 단면도이다.
이러한 DFR 패터닝 공정 및 금속 전주도금 기술을 이용한 방법은 기존의 레이저 가공 방식이나 금속 식각 방식에 비해 우수한 정밀도 및 벽면조도를 가지나 DFR 패터닝 공정의 특성상 액상감광막에 비해 높은 정밀도를 구현하기 어렵다는 단점이 존재한다.
또한 블레싱톤(Blessington et al.)에 의해서 출원되고, 1995년 12월 26일자로 등록된 "Method for preparing a screen printing stencil"이라는 명칭의 미국 특허등록번호 제US5,478,699는 패터닝 공정 및 금속 전주도금기술을 이용한 방식의 금속 마스크 제작 방법을 개시하고 있다.
즉 전도성 기판위에 액상감광막 또는 DFR을 이용하여 배치하고, 노광 및 현상 및 도금과정을 수행한후 금속 마스크를 분리하는 것인 금속 마스크 제작 방법을 도시하고 있다. 그러나, 이러한 기술 역시 금속 마스크 표면의 경도가 충분하지 못한 단점이 있다.
이러한 종래의 금속 마스크 제조방법으로는 0.33 mm 피치 이하의 높은 정밀도를 가지는 금속 마스크를 제조하는 것이 불가능하다. 따라서 메모리 소자 등 반도체 소자의 소형화에 대응하여 높은 정밀도를 가지고 또한 경도 특성이 우수한 금속 마스크 제조방법이 개발될 필요가 있다.
본 발명의 목적은 높은 정밀도를 가지며 동시에 표면을 강화시켜 신뢰성 향상 및 제품 수명 연장이 가능한 금속 마스크를 갖는 Ni 전주도금법을 이용한 금속마스크 제작 방법을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 전도성 기판에 액상감광막(LPR)을 도포하는 단계와, 광리소그라피를 사용하여 상기 액상감광막을 노광 및 현상하여 패터닝하는 단계와, 상기 패터닝된 감광막이 테이퍼 형상을 지니도록 베이킹하는 단계와, 전주도금하여 Ni 금속층을 형성하는 단계와, 상기 Ni 금속층 위에 Ni 합금층을 형성하는 단계와, 상기 Ni 금속층 및 Ni 합금층을 상기 전도성 기판으로부터 분리하는 단계를 포함하는 Ni 전주도금법을 이용한 금속마스크 제작방법을 제공한다.
본 발명의 Ni 전주도금법을 이용한 금속마스크 제작방법에서, 상기 전도성 기판에 액상감광막을 도포하는 단계는, 전도성 기판의 한쪽 표면을 높은 광택도를 지니도록 연마하는 단계와, 상기 연마된 표면에 액상감광막을 도포하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 Ni 전주도금법을 이용한 금속마스크 제작방법에서, 상기 Ni 금속층을 전주도금하는 단계는, 순간적으로 순방향 전류와 역방향 전류를 순차적으로 인가하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 Ni 전주도금법을 이용한 금속마스크 제작방법에서, 상기 Ni 합금층은 Ni-W, Ni-Co, Ni-Fe로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 물질인 것이 바람직하다.
본 발명의 Ni 전주도금법을 이용한 금속마스크 제작방법에서, Ni 금속층 및 Ni 합금층을 전도성 기판으로부터 분리하는 단계 이후에, 분리후 상기 Ni 금속층 및 Ni 합금층의 개구부 사이에 남아있는 액상감광막 찌꺼기를 제거하는 단계와, 세척 및 건조하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 Ni 전주도금법을 이용한 금속마스크 제작방법에서, 상기 전도성 기판에 액상감광막을 도포하는 단계는, 상기 도포된 액상감광막과 상기 전도성 기판 사이의 점착력을 강화하기 위한 베이킹을 수행하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 Ni 전주도금법을 이용한 금속마스크 제작방법을 도면을 참조로 하여 단계별로 보다 구체적으로 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 Ni 전주도금법을 이용한 금속마스크 제작 방법의 흐름도이고, 도 6은 본 발명에 따른 Ni 전주도금법을 이용한 금속마스크 제작 과정의 단계별 단면도이다.
도 5 및 도 6을 참조로 설명하면, 우선 전도성 기판(610) 위에 액상감광막(620)을 도포(coating)한다(S510). 도 6의 (a)는 전도성 기판(610) 위에 액상감광막(620)이 도포된 상태의 단면도이다.
전도성 기판(610)은 예컨대 SUS 기판을 포함하는 전도성 금속판일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
액상감광막(620)은 양성 또는 음성 감광막을 사용할 수 있으며, 예컨대 상용화된 JSR PR을 사용할 수 있다. 액상감광막(620)은 예컨대 100 ~ 200um의 두께가 되도록 도포하는데, 큰 면적에 대해서도 감광막의 도포가 가능한 대면적 전용 스핀코터(spin coater)를 사용하여 일정한 두께로 균일하게 감광막을 도포한다.
또한 액상감광막(620)을 도포하기 이전에 전도성 기판(610)의 액상감광막을 도포할 표면을 미리 연마하는 공정을 수행하여 표면이 높은 광택도를 지니도록 할 수 있다. 액상감광막을 코팅할 전도성 기판(610)의 한쪽 면을 미리 연마함으로써 후속 공정인 Ni 전주도금 공정 후 도금된 금속 마스크의 바닥면이 높은 광택도를 가지도록 할 수 있으며, 따라서 금속 마스크 형성후의 추가적인 폴리싱(polishing) 공정을 수행하지 않아도 되므로 전체 공정을 간소화할 수 있는 장점이 있다.
이후 액상감광막(620)과 전도성 기판(610) 사이의 점착력을 강화시키기 위해 베이킹(baking)을 수행한다.
베이킹 공정을 수행한 후, 광리소그라피 공정을 수행한다. 우선 미리 준비된 광마스크를 액상감광막(620) 위에 배치한 후 일정한 양의 에너지를 사용하여 노광을 한다. 노광 공정에서 사용되는 빛의 파장영역은 예컨대 365 nm(I-라인) 또는 435 nm(g-라인)을 사용할 수 있다. 노광 후, 현상액을 사용하여 선택적으로 감광막(620)을 식각하여 정밀한 패턴 형상을 구현한다(S520). 도 6의 (b)는 노광 및 현상을 수행한 상태의 단면도이다.
본 발명에서 사용되는 패터닝 공정은 반도체 공정에서 이용되는 광리소그라피 공정과 유사하지만, 사용되는 기판이 반도체공정에서 사용되는 실리콘 또는 유리 기판이 아닌 대면적(예컨대, 200 mm X 200 mm 이상) 전도성 기판이라는 점에서 차이가 있다.
이후 감광막이 특정한 경사를 가지는 테이퍼(taper) 형상(630)을 가지도록 베이킹을 수행한다(S530). 이러한 테이퍼 형상(630)을 형성하는 것은 금속 마스크의 개구부를 통과하는 솔더의 원활한 스퀴징(squeezing)을 위해서이다. 도 6의 (c)는 테이퍼 형상(630)이 형성된 상태의 단면도이다.
테이퍼 형상(630)이 형성되면, Ni 전주도금을 이용하여 감광막(620)이 패터닝된 전도성 기판(610)의 바닥면으로부터 Ni 전주도금층(640)을 도금한다(S640). 도 6의 (d)는 Ni 전주도금층(640)이 형성된 상태의 단면도이다.
이 공정에서 사용되는 전주도금액은 예컨대 상용화된 니켈 썰파메이트 도금용액[니켈이온농도(70~100g/L), 붕산농도(20~40g/L), 염화니켈농도(3~5g/L)로 구성됨]이나, 또는 니켈 와츠 용액[니켈이온농도(70~90g/L), 붕산농도(20~40g/L), 염화니켈농도(50~70g/L)로 구성됨]을 사용할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다.
Ni 전주도금 시 사용되는 전류 인가방식은 종래 기술의 DC 전류 인가 방식이 아니라, DC 및 RP(reverse pulse)의 혼합전류 인가방식을 사용한다. 종래의 DC 전류 인가방식은 Ni 전주도금 시 부위별 두께 편차를 제어하기 어려우며 전주도금층에 인가되는 스트레스를 제어하기 힘든 단점이 있다. 반면, 순간적으로 순방향 전류와 역방향 전류를 순차적으로 인가하는 방식인 혼합전류 인가방식을 사용하면, 도금 조직의 미세화를 통한 강도 증가가 가능하고 두께 편차를 용이하게 제어할 수 있다. 또한, Ni 전주도금 시 발생하는 압축형 및 인장형 도금 스트레스 역시 혼합전류 인가 방식으로 조절함으로서 제어가 가능해진다.
이러한 공정을 거쳐서 Ni 전주도금층(640)이 형성되면, 이 Ni 전주도금층(640) 표면에 Ni-합금층(650)을 형성한다(S550). 도 6의 (e)는 Ni-합금층(650)이 형성된 상태의 단면도이다.
Ni-합금층(650)을 형성하는 것은 이후 금속 마스크의 표면을 강화시키기 위함이다. Ni-합금은 예컨대 Ni-W, Ni-Co, Ni-Fe로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 물질로 이루어질 수 있으며, 도금 공정을 통하여 형성할 수 있다.
Ni-합금층(650)이 형성되면, Ni 전주도금층(640)과 Ni-합금층(650)을 전도성 기판(610)으로부터 분리한다(S560). Ni 전주도금층(640)과 Ni-합금층(650)은 Ni 전주도금 금속마스크(660)를 구성하게 된다. 도 6의 (f)는 Ni 전주도금 금속마스크(660)가 형성된 상태의 단면도이다.
이 단계에서 상기 Ni 전주도금 금속마스크(660)의 개구부에는 액상감광막 찌꺼기가 남아 있을 수 있다. 따라서 남아있는 액상감광막(620) 찌꺼기를 제거하고 세척 및 건조하는 공정을 수행할 수 있을 것이다.
이러한 단계가 끝나면 제작된 Ni 전주도금 금속 마스크(660)를 검사하여 불량여부를 판단하게 된다(S570).
비록 본원 발명이 구성이 예시적으로 설명되었지만 이는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 보호 범위가 이들 예시에 의해 제한되는 것은 아니며, 본원 발명의 보호 범위는 청구범위의 기재를 통하여 정하여진다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 기존의 방식으로는 구현하기 어려운 0.33 mm 피치 이하의 높은 정밀도를 가지며 동시에 표면을 강화시켜 신뢰성 향상 및 제품 수명 연장이 가능한 금속 마스크를 제작할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 방식을 사용하여 금속 마스크의 제조 뿐만이 아니라 LCD 도광판 사출용 정밀 금형의 제작 등에 사용될 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 DFR 패터닝 공정 및 금속 식각법을 이용한 금속 마스크 제작 방법의 흐름도.
도 2는 종래 기술에 따른 DFR 패터닝 공정 및 금속 식각법을 이용한 금속 마스크 제작 과정상의 단계별 가공물 단면도
도 3은 종래 기술에 따른 DFR 패터닝 공정 및 금속 전주도금법을 이용한 금속 마스크 제작 방법의 흐름도.
도 4는 종래 기술에 따른 DFR 패터닝 공정 및 금속 전주도금법을 이용한 금속 마스크 제작 과정상의 단계별 가공물 단면도
도 5는 본 발명에 따른 Ni 전주도금법을 이용한 금속마스크 제작 방법의 흐름도.
도 6은 본 발명에 따른 Ni 전주도금법을 이용한 금속 마스크 제작 과정상의 단계별 가공물 단면도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
210: SUS 기판 220: DFR
240: SUS 마스크
410: 전도성 기판 420: DFR
430: 금속 전주도금층 440: 금속 전주도금 금속 마스크
610: 전도성 기판 620: 액상감광막
630: 테이퍼 형상 640: Ni 전주도금층
650: Ni-합금층 660: Ni 전주도금 금속 마스크
Claims (7)
- 전도성 기판에 액상감광막(LPR)을 도포하는 단계와,광리소그라피를 사용하여 상기 액상감광막을 노광 및 현상하여 패터닝하는 단계와,상기 패터닝된 감광막이 테이퍼 형상을 지니도록 베이킹하는 단계와,전주도금(electroplating)하여 Ni 금속층을 형성하는 단계와,상기 Ni 금속층 위에 Ni 합금층을 형성하는 단계와,상기 Ni 금속층 및 Ni 합금층을 상기 전도성 기판으로부터 분리하는 단계를 포함하는 Ni 전주도금법을 이용한 금속마스크 제작방법.
- 제1항에 있어서, 상기 전도성 기판에 액상감광막을 도포하는 단계는,전도성 기판의 한쪽 표면을 높은 광택도를 지니도록 연마하는 단계와,상기 연마된 표면에 액상감광막을 도포하는 단계를 포함하는 것인 Ni 전주도금법을 이용한 금속마스크 제작방법.
- 제1항에 있어서, 상기 Ni 금속층을 전주도금하는 단계는,순간적으로 순방향 전류와 역방향 전류를 순차적으로 인가하는 단계를 포함하는 것인 Ni 전주도금법을 이용한 금속마스크 제작방법.
- 제1항에 있어서, 상기 Ni 합금층은 Ni-W, Ni-Co, Ni-Fe로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 물질인 것인 Ni 전주도금법을 이용한 금속마스크 제작방법.
- 제1항에 있어서, Ni 금속층 및 Ni 합금층을 전도성 기판으로부터 분리하는 단계 이후에,분리후 상기 Ni 금속층 및 Ni 합금층의 개구부 사이에 남아있는 액상감광막 찌꺼기를 제거하는 단계와,세척 및 건조하는 단계를 더 포함하는 Ni 전주도금법을 이용한 금속마스크 제작방법.
- 제1항에 있어서, 상기 전도성 기판에 액상감광막을 도포하는 단계는,상기 도포된 액상감광막과 상기 전도성 기판 사이의 점착력을 강화하기 위한 베이킹을 수행하는 단계를 포함하는 것인 Ni 전주도금법을 이용한 금속마스크 제작방법.
- Ni 전주도금법을 이용한 금속마스크로서,제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 사용하여 제작되는Ni 전주도금법을 이용한 금속마스크.
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