KR20110133075A - 마스크 장치와 이를 이용한 박막 패턴의 제조 장치 및 제조 방법 - Google Patents

마스크 장치와 이를 이용한 박막 패턴의 제조 장치 및 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이중 구조의 마스크 장치를 이용하여 반도체 소자 및 디스플레이 장치를 구성하는 박막 패턴의 제조 공정을 단순화함과 아울러 마스크의 열팽창을 최소화하여 대면적 기판에 박막 패턴을 형성할 수 있도록 한 마스크 장치와 이를 이용한 박막 패턴의 제조 장치 및 제조 방법에 관한 것으로, 마스크 장치는 개구부와 단부를 가지는 마스크 프레임; 및 상기 개구부에 삽입되어 상기 단부에 의해 지지되며, 기판 상에 박막 패턴을 형성하기 위한 개구 패턴을 가지는 섀도우 마스크를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

마스크 장치와 이를 이용한 박막 패턴의 제조 장치 및 제조 방법{MASK APPARATUS, APPATATUS AND METHOD FOR MANUFACTURING OF THIN FILM PATTERN USING THE SAME}
본 발명은 반도체 소자 및 디스플레이 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 이중 구조의 마스크 장치를 이용하여 반도체 소자 및 디스플레이 장치를 구성하는 박막 패턴의 제조 공정을 단순화함과 아울러 마스크의 열팽창을 최소화하여 대면적 기판에 박막 패턴을 형성할 수 있도록 한 마스크 장치와 이를 이용한 박막 패턴의 제조 장치 및 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자 또는 액정 디스플레이 소자 또는 발광 디스플레이 소자 등의 평판 디스플레이 소자 등은 신호가 공급되는 박막 패턴 및 스위칭 신호에 따라 스위칭되는 박막 트랜지스터를 포함하여 구성된다.
박막 패턴 또는 박막 트랜지스터는 박막 증착 공정, 포토리소그래피(Photorithography) 공정 및 식각 공정을 통해 형성된다.
도 1은 일반적인 박막 패턴의 제조 방법을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하여 일반적인 박막 패턴의 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 기판(10) 상에 박막층(20a)을 증착한다.
그런 다음, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 박막층(20a)의 전면에 감광층을 형성한다. 이어서, 노광 공정 및 현상 공정을 통해 감광층을 선택적으로 제거하여 박막층(20a) 상의 소정 부분에 마스크 패턴(30)을 형성한다.
그런 다음, 도 1의 (c)에 도시된 바와 같이, 마스크 패턴(30)을 마스크로 한 식각 공정을 통해 박막층(20a)을 식각하여 기판(10) 상에 박막 패턴(20)을 형성한다.
그런 다음, 박막 패턴(20) 상에 형성된 마스크 패턴(30)을 제거함으로써 최종적으로 기판(10) 상에 박막 패턴(20)을 형성한다.
이와 같은, 일반적인 박막 패턴의 제조 방법은 박막 증착 공정, 포토리소그래피 공정 및 식각 공정으로 인하여 공정이 복잡하다는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 이중 구조의 마스크 장치를 이용하여 반도체 소자 및 디스플레이 장치를 구성하는 박막 패턴의 제조 공정을 단순화함과 아울러 마스크의 열팽창을 최소화하여 대면적 기판에 박막 패턴을 형성할 수 있도록 한 마스크 장치와 이를 이용한 박막 패턴의 제조 장치 및 제조 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 마스크 장치는 개구부와 단부를 가지는 마스크 프레임; 및 상기 개구부에 삽입되어 상기 단부에 의해 지지되며, 기판 상에 박막 패턴을 형성하기 위한 개구 패턴을 가지는 섀도우 마스크를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 섀도우 마스크는 적어도 하나 이상으로 구성되며, 상기 단부에 안착되어 상기 마스크 프레임의 승강에 따라 연동되는 플레이트; 상기 플레이트와 일체로 형성되며, 상기 플레이트의 가장자리를 제외한 나머지 영역으로부터 소정 높이를 가지도록 돌출되어 상기 개구부에 삽입되는 돌출부; 및 상기 플레이트와 상기 돌출부의 소정 영역이 개구되어 형성된 상기 개구 패턴을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 마스크 장치는 상기 복수의 섀도우 마스크 각각의 하면 가장자리 부분에 형성되어 상기 섀도우 마스크와 상기 기판 사이의 갭(Gap)을 일정하게 유지시키는 갭 유지부재를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 돌출부는 상기 개구부의 내측벽과 소정 간격의 갭을 가지도록 상기 개구부에 삽입되는 것을 특징으로 한다.
상기 마스크 장치는 상기 돌출부에 경사지도록 형성되어 상기 마스크 프레임의 상승시 상기 섀도우 마스크를 슬라이딩시켜 상기 개구부에 삽입된 상기 섀도우 마스크를 정위치로 정렬시키기 위한 마스크 정렬부재를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 마스크 장치는 상기 마스크 프레임의 상면 및 단부와 상기 플레이트의 상면 및 측면에 형성된 코팅막을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 박막 패턴의 제조 장치는 플라즈마 공정을 위한 반응공간을 제공하는 챔버; 상기 반응공간에 승강 가능하게 배치된 마스크 장치; 상기 기판을 지지하도록 상기 마스크 장치의 하부에 배치된 기판 지지부재; 및 상기 박막 패턴의 형성을 위한 공정 소스를 상기 반응공간에 분사하도록 상기 마스크 장치의 상부에 배치된 샤워 헤드를 포함하며, 상기 마스크 장치는 개구부와 단부를 가지는 마스크 프레임; 및 상기 개구부에 삽입되어 상기 단부에 의해 지지되며, 기판 상에 박막 패턴을 형성하기 위한 개구 패턴을 가지는 섀도우 마스크를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 박막 패턴의 제조 장치는 스퍼터링 공정을 위한 공정 가스가 공급되는 챔버; 상기 반응공간에 승강 가능하게 배치된 마스크 장치; 상기 기판을 지지하도록 상기 마스크 장치의 하부에 배치된 기판 지지부재; 및 상기 박막 패턴에 대응되는 박막 물질로 형성되어 상기 마스크 장치의 상부에 배치된 타겟을 포함하여 구성되며, 상기 마스크 장치는 개구부와 단부를 가지는 마스크 프레임; 및 상기 개구부에 삽입되어 상기 단부에 의해 지지되며, 기판 상에 박막 패턴을 형성하기 위한 개구 패턴을 가지는 섀도우 마스크를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 박막 패턴의 제조 방법은 개구부와 단부를 가지는 마스크 프레임, 및 기판 상에 박막 패턴을 형성하기 위한 개구 패턴을 가지도록 형성되어 상기 단부에 의해 지지되도록 상기 개구부에 삽입되는 섀도우 마스크를 포함하는 마스크 장치를 상기 기판 상에 정렬하여 배치하는 단계; 상기 마스크 프레임을 하강시켜 상기 섀도우 마스크를 상기 기판에 접촉시키는 단계; 증착 공정을 수행하여 상기 개구 패턴을 통과하는 박막 물질을 상기 기판 상에 증착시켜 상기 개구 패턴에 대응되는 상기 기판 상에 박막 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 마스크 프레임을 상승시켜 상기 섀도우 마스크를 상기 기판으로부터 이격시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 섀도우 마스크는 적어도 하나 이상으로 구성되며, 상기 복수의 섀도우 마스크는 상기 마스크 프레임의 상승시 상기 개구부의 내측벽과 접촉되어 상기 기판으로부터 이격되도록 상승함과 동시에 슬라이딩되어 상기 개구부 내의 정위치로 정렬되는 것을 특징으로 한다.
상기 증착 공정은 화학기상 증착 공정 또는 스퍼터링 공정인 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 마스크 장치 및 이를 이용한 박막 패턴의 제조 방법은 마스크 프레임과 마스크 프레임에 승강 가능하게 삽입되는 복수의 섀도우 마스크로 이루어지는 이중 구조의 마스크 장치를 이용하여 기판 상에 박막 패턴을 형성함으로써 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 박막 패턴의 증착 공정시 공정 온도에 따른 마스크 장치의 열팽창이 섀도우 마스크 단위로 개별적으로 발생하기 때문에 복수의 섀도우 마스크의 열팽창 및 처짐에 의한 휨 등과 같은 변형을 최소화하여 대면적 기판 상에 미세한 박막 패턴 또는 박막 트랜지스터를 형성할 수 있다.
둘째, 복수의 섀도우 마스크를 개별적으로 제작하여 마스크 프레임에 설치하기 때문에 부분적인 유지보수가 가능하고, 평탄도를 유지하기 위해 인장력을 가하는 공정이 필요 없으므로 복잡한 구조의 박막 패턴 또는 박막 트랜지스터를 형성할 수 있다.
도 1은 일반적인 박막 패턴의 제조 방법을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 박막 패턴의 제조 방법을 단계적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 마스크 장치를 개략적으로 설명하기 위한 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 A-A 선의 단면을 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 3 및 도 4에 도시된 섀도우 마스크를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 도 4에 도시된 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 마스크 장치에 더 포함되는 코팅막을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 마스크 장치를 개략적으로 설명하기 위한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 마스크 장치를 개략적으로 설명하기 위한 단면도이다.
도 9는 도 8에 도시된 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 마스크 장치에 더 포함되는 갭 유지부재를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 박막 패턴의 제조 장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 박막 패턴의 제조 장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 12a 내지 도 12d는 본 발명의 실시 예에 따른 박막 패턴의 제조 방법을 단계적으로 설명하기 위한 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 박막 패턴의 제조 방법을 단계적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 박막 패턴의 제조 방법을 단계적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 개구 패턴(110o)을 가지는 섀도우 마스크(110)를 기판(100) 상에 정렬하여 배치한다.
그런 다음, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 섀도우 마스크(110)를 이용한 증착 공정을 통해 개구 패턴(110o)을 통과하는 박막 물질을 기판(100) 상에 증착한다.
그런 다음, 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이, 기판(100) 상에 배치된 섀도우 마스크(110)를 제거한다. 이에 따라, 기판(100) 상에는 소정 형태의 박막 패턴(120)이 형성된다.
이와 같은, 본 발명의 실시 예에 따른 박막 패턴의 제조 방법은 섀도우 마스크(110)를 이용한 증착 공정만으로 기판(100) 상에 박막 패턴(120)을 형성함으로써 포토리소그래피(Photorithography) 공정 및 식각 공정을 생략할 수 있어 공정을 단순화할 수 있다.
그러나, 본 발명자는 상술한 섀도우 마스크(110)를 이용한 증착 공정을 통해 기판(100) 상에 박막 패턴(120)을 형성함으로써 상술한 종래의 포토리소그래피(Photorithography) 공정 및 식각 공정을 생략하여 박막 패턴(120)의 형성 공정을 단순화할 수 있는 효과를 제공함에도 불구하고, 다음과 같은 문제점이 발생된다는 것을 인식하게 되었다.
첫째, 증착 공정시 공정 온도에 의해 발생되는 섀도우 마스크(110)의 열팽창 및 섀도우 마스크(110)의 처짐에 의한 휨 등과 같은 변형으로 인하여 기판(100) 상에 미세한 박막 패턴을 형성할 수 없게 되며, 섀도우 마스크(110)의 열팽창 및 변형은 대면적 기판의 경우 보다 심각하게 발생된다는 문제점이 있다.
둘째, 섀도우 마스크(110)는 금속층을 형성한 후 평탄도를 맞추기 위해 인장력을 주어 제조하기 때문에 복잡한 구조의 박막 패턴 또는 박막 트랜지스터를 형성할 수 없다는 문제점이 있다.
셋째, 섀도우 마스크(110)의 특정 영역에 결함이 발생될 경우 부분적인 유지보수가 불가능하다는 문제점이 있다.
따라서, 이하에서는 상기의 문제점들을 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 마스크 장치와 이를 이용한 박막 패턴의 제조 장치 및 제조 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 마스크 장치를 개략적으로 설명하기 위한 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 A-A 선의 단면을 나타내는 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 마스크 장치(200)는 마스크 프레임(210), 및 복수의 섀도우 마스크(220)를 포함하여 구성된다.
마스크 프레임(210)은 단부(211), 및 복수의 개구부(213)를 포함하여 구성된다.
단부(211)는 계단 형태로 형성되어 복수의 개구부(213)를 정의한다. 이러한 단부(211)는 복수의 섀도우 마스크(220)를 지지한다.
복수의 개구부(213) 각각은 단부(211)에 의해 정의되도록 사각 형태로 형성된다. 이러한, 복수의 개구부(213)에는 복수의 섀도우 마스크(220)가 승강 가능하도록 삽입된다.
한편, 마스크 프레임(210)은 상면 모서리 부분에 형성된 정렬 마크(215)를 더 포함하여 구성된다. 이러한, 정렬 마크(215)는 기판(미도시)과 마스크 프레임(210)을 정렬하는데 사용된다.
복수의 섀도우 마스크(220) 각각은 마스크 프레임(210)의 승강에 따라 승강되도록 복수의 개구부(213) 각각에 삽입되어 증착 공정시 박막 물질을 선택적으로 통과시킴으로써 기판 상에 박막 패턴이 형성되도록 한다. 이때, 복수의 섀도우 마스크(220) 각각은 금속 재질로 이루어지거나 열팽창 계수가 적은 세라믹, 석영, 절연체, 또는 유리 재질로 이루어질 수 있다. 여기서, 금속 재질은 인바(Invar) 또는 서스(SUS)이거나, 알루미늄, 마그네슘, 티타늄 또는 이들을 포함하는 합금 중 어느 하나가 될 수 있다.
이러한, 복수의 섀도우 마스크(220) 각각은, 도 5에 도시된 바와 같이, 플레이트(221), 돌출부(223), 및 복수의 개구 패턴(225)을 포함하여 구성된다.
플레이트(221)는 평판 형태로 형성되어 마스크 프레임(210)의 단부(211)에 안착된다.
돌출부(223)는 플레이트(221)와 일체로 형성되며, 플레이트(221)의 가장자리를 제외한 나머지 영역으로부터 소정 높이를 가지도록 돌출되어 마스크 프레임(210)의 개구부(213)에 삽입된다. 이때, 돌출부(223)는 개구부(213)의 내측벽과 소정 간격의 갭(G)을 가지도록 개구부(213)에 삽입된다. 이를 위해, 돌출부(223)의 면적은 개구부(213)의 면적보다 작도록 형성된다. 즉, 박막 패턴의 증착 공정시 공정 온도에 의해 마스크 프레임(210)과 섀도우 마스크(220) 각각이 열팽창을 하게 되는데, 열팽창에 의해 개구부(213)와 돌출부(223)가 서로 간섭될 수 있다. 이에 따라, 돌출부(223)는 개구부(213)의 내측벽과 소정 간격의 갭(G)을 가지도록 개구부(213)에 삽입된다.
복수의 개구 패턴(225)은 플레이트(221)와 돌출부(223)의 소정 영역을 관통하도록 개구된다. 이때, 복수의 개구 패턴(225)은 기판 상에 형성하고자 하는 박막 패턴의 형태와 동일한 형태를 가지도록 형성된다.
한편, 기판 상에 복수의 디스플레이 패널을 형성할 경우, 복수의 섀도우 마스크(220) 각각은 기판 상에 적어도 하나의 디스플레이 패널을 형성하기 위한 복수의 개구 패턴(225)을 포함하여 구성될 수 있다.
이와 같은, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 마스크 장치(200)는 마스크 프레임(210)과 마스크 프레임(210)에 승강 가능하게 삽입되는 복수의 섀도우 마스크(220)로 이루어지는 이중 구조를 가짐으로써 박막 패턴의 증착 공정시 공정 온도에 따른 복수의 섀도우 마스크(220)의 열팽창 및 처짐에 의한 휨 등과 같은 변형을 최소화하여 대면적 기판 상에 미세한 박막 패턴을 형성할 수 있다. 즉, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 마스크 장치(200)는 마스크 프레임(210)에 의해 개별적으로 지지되는 복수의 섀도우 마스크(220) 각각의 열팽창 정도에만 영향을 받음으로써 공정 온도에 따른 섀도우 마스크(220)의 열팽창을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 마스크 장치(200)는 복수의 섀도우 마스크(220)를 개별적으로 제작할 수 있기 때문에 부분적인 유지보수가 가능하고, 평탄도를 유지하기 위해 인장력을 가하는 공정이 필요 없으므로 복잡한 구조의 박막 패턴 또는 박막 트랜지스터를 형성할 수 있다.
한편, 상술한 마스크 장치(200)를 이용한 박막 패턴의 형성시에는 박막 패턴에 대응되는 박막 물질이 각 섀도우 마스크(220)의 개구 패턴(225)을 통과할 뿐만 아니라 개구 패턴(225) 이외의 다른 영역(예를 들어, 섀도우 마스크(220)의 상면 및 측면과, 마스크 프레임(210)의 상면 및 단부에도 증착되기 때문에 상술한 마스크 장치(200)의 주기적인 세정이 필요하게 된다.
따라서, 주기적인 마스크 장치(200)의 세정에 따른 마스크 장치(200)의 손상을 방지함과 아울러 마스크 장치(200)의 세정을 용이하게 하기 위하여, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 마스크 장치(200)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 코팅막(230)을 더 포함하여 구성될 수 있다.
코팅막(230)은 마스크 프레임(210)의 상면 및 단부(211)에 형성됨과 아울러 상기 각 섀도우 마스크(220)의 플레이트(221)의 상면 및 측면에 형성된다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 마스크 장치를 개략적으로 설명하기 위한 단면도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 마스크 장치(300)는 마스크 프레임(210), 복수의 섀도우 마스크(220), 및 갭 유지부재(310)를 포함하여 구성된다. 이러한 구성을 가지는 마스크 장치(300)는 갭 유지부재(310)를 제외한 나머지 구성들은 상술한 본 발명의 제 1 실시 예의 마스크 장치(200)와 동일하기 때문에 갭 유지부재(310)를 제외한 나머지 구성들에 대한 상세한 설명은 상술한 본 발명의 제 1 실시 예의 마스크 장치(200)에 대한 설명으로 대신하기로 하고, 동일한 도면 부호를 부여하기로 한다.
갭 유지부재(310)는 복수의 섀도우 마스크(220) 각각의 하면 가장자리 부분, 즉 돌출부(223)의 하면에 소정 높이로 돌출되도록 형성된다. 이때, 갭 유지부재(310)는 절연물질로 이루어지며, 증착 공정, 코팅 공정 또는 용사 공정에 의해 형성될 수 있다. 여기서, 증착 공정 또는 용사 공정은 별도의 섀도우 마스크(미도시)를 이용하여 돌출부(223)의 하면에 갭 유지부재(310)를 형성할 수 있다.
이러한, 갭 유지부재(310)는 박막 패턴의 증착 공정시 마스크 프레임(210)의 하강에 따라 기판의 데드 존(Dead Zone)에 접촉되거나 밀착된다.
한편, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 마스크 장치(300)는, 도 6을 참조하여 상술한 코팅막(230)을 더 포함하여 구성될 수도 있다.
이와 같은, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 마스크 장치(300)는 섀도우 마스크(220)에 갭 유지부재(310)를 형성함으로써 기판과 섀도우 마스크(220) 사이의 갭을 일정하게 유지시킬 수 있고, 기판의 자체 굴곡에 의해 섀도우 마스크(220)가 슬라이딩되는 것을 방지할 수 있으며, 섀도우 마스크(220)의 열팽창에 의해 기판에 발생되는 스크래치를 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 마스크 장치(300)는 상술한 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 마스크 장치(200)와 동일한 효과를 제공한다.
도 8은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 마스크 장치를 개략적으로 설명하기 위한 단면도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 마스크 장치(400)는 마스크 프레임(210), 복수의 섀도우 마스크(220), 및 마스크 정렬부재(410)를 포함하여 구성된다. 이러한 구성을 가지는 마스크 장치(400)는 마스크 정렬부재(410)를 제외한 나머지 구성들은 상술한 본 발명의 제 1 실시 예의 마스크 장치(200)와 동일하기 때문에 마스크 정렬부재(410)를 제외한 나머지 구성들에 대한 상세한 설명은 상술한 본 발명의 제 1 실시 예의 마스크 장치(200)에 대한 설명으로 대신하기로 하고, 동일한 도면 부호를 부여하기로 한다.
마스크 정렬부재(410)는 섀도우 마스크(220)의 돌출부(223)의 외측벽에 경사지도록 형성된 경사면으로 구성된다. 즉, 경사면은 돌출부(223)의 하단 외측벽으로부터 섀도우 마스크(220)의 플레이트(221) 쪽으로 경사지도록 형성된다. 이러한, 마스크 정렬부재(410)는 상온 상태에서 마스크 프레임(210)의 개구부(213)에 섀도우 마스크(220)를 삽입시키거나, 증착 공정 이후에 마스크 프레임(210)의 상승시 개구부(213)의 내측벽에 접촉되어 섀도우 마스크(220)를 개구부(213)의 내부로 슬라이딩시킨다. 이에 따라, 개구부(213)에 삽입된 섀도우 마스크(220)의 위치는 마스크 정렬부재(410)의 경사면을 따라 슬라이딩되어 정위치로 정렬된다.
한편, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 마스크 장치(400)는, 도 6을 참조하여 상술한 코팅막(230)을 더 포함하여 구성될 수도 있다.
그리고, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 마스크 장치(400)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 복수의 섀도우 마스크(220) 각각의 하면 가장자리 부분, 즉 돌출부(223)의 하면에 소정 높이로 형성된 갭 유지부재(420)를 더 포함하여 구성될 수도 있다. 갭 유지부재(420)는 상술한 본 발명의 제 2 실시 예의 마스크 장치(300)의 갭 유지부재(310)와 도면 부호가 다를 뿐 실질적으로 동일하기 때문에 이에 대한 상세한 설명은 상술한 설명으로 대신하기로 한다.
이와 같은, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 마스크 장치(400)는 섀도우 마스크(220)에 마스크 정렬부재(410)를 형성함으로써 마스크 프레임(210)의 승강에 따라 섀도우 마스크(220)의 위치를 정위치로 정렬할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 마스크 장치(300)는 상술한 본 발명의 제 1 또는 제 2 실시 예에 따른 마스크 장치(200, 300)와 동일한 효과를 제공한다.
상술한 본 발명의 마스크 장치(200, 300, 400)는 기판 상에 박막 패턴 또는 디스플레이 패널의 박막 트랜지스터를 형성하기 위한 제조 장치에 사용될 수 있다. 여기서, 제조 장치는 스퍼터링 장치 또는 화학기상 증착 장치가 될 수 있다.
도 10은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 박막 패턴의 제조 장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 박막 패턴의 제조 장치는 화학기상 증착 장치로써, 챔버(500), 기판 지지부재(510), 샤워 헤드(520), 및 마스크 장치(200, 300, 400)를 포함하여 구성된다.
챔버(500)는 플라즈마 공정을 위한 반응공간을 제공한다. 이러한, 챔버(500)의 바닥면에는 반응공간에 잔류하는 공정 가스 또는 잔류 가스를 외부로 배기시키기 위한 배기관(502)이 형성된다.
기판 지지부재(510)는 챔버(500)의 바닥면에 설치되어 외부의 기판 반송장치(미도시)로부터 로딩되는 기판(S)을 지지한다.
샤워 헤드(520)는 챔버(500)의 상부를 관통하는 가스 공급관(525)에 연통되도록 챔버(500)의 상부에 설치되어 가스 공급관(525)으로부터 공급되는 공정 가스를 기판(S) 상의 반응공간에 분사한다. 또한, 샤워 헤드(520)에는 반응공간에 플라즈마를 형성하기 위한 고주파 전력이 공급된다.
마스크 장치(200, 300, 400)는 기판 지지부재(510)와 샤워 헤드(520) 사이에 승강 가능하게 배치되어 마스크 승강 장치(미도시)에 의해 승강되어 기판(S)에 접촉(또는 밀착)되거나 기판(S)으로부터 소정 높이로 이격된다. 이러한, 마스크 장치(200, 300, 400)는 도 3 내지 도 9에 도시된 본 발명의 제 1 내지 제 3 실시 예에 따른 마스크 장치와 동일하게 구성되기 때문에 이에 대한 상세한 설명은 상술한 설명으로 대신하고 동일한 도면 부호를 부여하기로 한다.
이와 같은, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 박막 패턴의 제조 장치는 기판 지지부재(510)에 기판(S)을 안착시키고, 마스크 프레임(210)을 하강시켜 복수의 섀도우 마스크(220)를 기판(S)에 접촉시킨 후, 반응 공간에 플라즈마를 형성함으로써 섀도우 마스크(220)의 개구 패턴(225)을 통과하는 박막 물질을 기판(S) 상에 증착시켜 기판(S) 상에 소정 형태의 박막 패턴을 형성한다.
따라서, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 박막 패턴의 제조 장치는 마스크 프레임(210)과 마스크 프레임(210)에 승강 가능하게 삽입되는 복수의 섀도우 마스크(220)로 이루어지는 이중 구조를 가지는 마스크 장치(200, 300, 400)를 이용한 증착 공정을 통해 기판(S) 상에 박막 패턴을 형성함으로써 박막 패턴의 증착 공정시 공정 온도에 따른 복수의 섀도우 마스크(220)의 열팽창 및 처짐에 의한 휨 등과 같은 변형을 최소화하여 대면적 기판(S) 상에 미세하고 복잡한 구조의 박막 패턴 또는 박막 트랜지스터를 형성할 수 있다.
도 11은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 박막 패턴의 제조 장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 박막 패턴의 제조 장치는 스퍼터링 장치로써, 챔버(600), 기판 지지부재(610), 타겟(620), 및 마스크 장치(200, 300, 400)를 포함하여 구성된다.
챔버(600)는 스퍼터링 공정을 위한 반응공간을 제공한다. 이러한, 챔버(600)의 일측에는 스퍼터링 공정을 위한 공정 가스가 공급되는 가스 공급관(602)이 형성되고, 일측 바닥면에는 반응공간에 잔류하는 공정 가스 또는 잔류 가스를 외부로 배기시키기 위한 배기관(604)이 형성된다.
기판 지지부재(610)는 챔버(600)의 바닥면에 설치되어 외부의 기판 반송장치(미도시)로부터 로딩되는 기판(S)을 지지한다.
타겟(620)은 기판(S) 상에 형성하고자 하는 박막 패턴에 대응되는 박막 물질로 형성되어 챔버(600)의 상부에 설치된다.
마스크 장치(200, 300, 400)는 기판 지지부재(510)와 타겟(620) 사이에 승강 가능하게 배치되어 마스크 승강 장치(미도시)에 의해 승강되어 기판(S)에 접촉(또는 밀착)되거나 기판(S)으로부터 소정 높이로 이격된다. 이러한, 마스크 장치(200, 300, 400)는 도 3 내지 도 9에 도시된 본 발명의 제 1 내지 제 3 실시 예에 따른 마스크 장치와 동일하게 구성되기 때문에 이에 대한 상세한 설명은 상술한 설명으로 대신하고 동일한 도면 부호를 부여하기로 한다.
이와 같은, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 박막 패턴의 제조 장치는 기판 지지부재(610)에 기판(S)을 안착시키고, 마스크 프레임(610)을 하강시켜 복수의 섀도우 마스크(220)를 기판(S)에 접촉시킨 후, 반응 공간에 형성되는 플라즈마를 형성함으로써 타겟(620)으로부터 스퍼터링되어 나오는 박막 물질을 섀도우 마스크(220)의 개구 패턴(225)을 통해 기판(S) 상에 증착시켜 기판(S) 상에 소정 형태의 박막 패턴을 형성한다.
따라서, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 박막 패턴의 제조 장치는 마스크 프레임(210)과 마스크 프레임(210)에 승강 가능하게 삽입되는 복수의 섀도우 마스크(220)로 이루어지는 이중 구조를 가지는 마스크 장치(200, 300, 400)를 이용한 스퍼터링 공정을 통해 기판(S) 상에 박막 패턴을 형성함으로써 박막 패턴의 증착 공정시 공정 온도에 따른 복수의 섀도우 마스크(220)의 열팽창 및 처짐에 의한 휨 등과 같은 변형을 최소화하여 대면적 기판(S) 상에 미세하고 복잡한 구조의 박막 패턴 또는 박막 트랜지스터를 형성할 수 있다.
도 12a 내지 도 12d는 본 발명의 실시 예에 따른 박막 패턴의 제조 방법을 단계적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 12a 내지 도 12d를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 박막 패턴의 제조 방법을 단계적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 12a에 도시된 바와 같이, 챔버(미도시) 내에 설치된 기판 지지부재(미도시)에 기판(S)을 안착시킨 후, 기판 지지부재(미도시)에 안착된 기판(S) 상에 마스크 장치(200, 300, 400)를 정렬하여 배치한다. 여기서, 마스크 장치(200, 300, 400)는, 도 3 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 계단 형태의 단부(211)에 의해 정의되는 복수의 개구부(213)를 가지는 마스크 프레임(210), 및 복수의 개구 패턴(225)을 가지도록 형성되어 복수의 개구부(213) 각각에 승강 가능하게 삽입되는 복수의 섀도우 마스크(220)를 포함하여 구성된다. 이때, 복수의 섀도우 마스크(220)는 상온 상태에서 마스크 프레임(210)에 의해 지지되도록 복수의 개구부 각각에 삽입된다.
그런 다음, 도 12b에 도시된 바와 같이, 마스크 프레임(210)을 기판(S) 쪽으로 하강시켜 복수의 섀도우 마스크(220)를 기판(S)에 접촉시키거나 밀착시킨다. 이때, 복수의 섀도우 마스크(220)는 갭 유지부재를 통해 기판(S)에 접촉되거나 밀착될 수 있다. 또한, 마스크 프레임(210) 역시 기판(S)에 접촉되거나 밀착될 수 있다.
그런 다음, 도 12c에 도시된 바와 같이, 증착 공정을 수행하여 복수의 개구 패턴(225)을 통과하는 박막 물질을 기판(S) 상에 증착시켜 개구 패턴(225)에 대응되는 기판(S) 상에 박막 패턴(TP)을 형성한다. 여기서, 증착 공정은 상술한 본 발명의 제 1 또는 제 2 실시 예의 박막 패턴의 제조 장치에서 설명한 바와 같이 화학기상 증착 공정 또는 스퍼터링 공정이 될 수 있다.
그런 다음, 도 12d에 도시된 바와 같이, 마스크 프레임(210)을 상승시킴으로써 마스크 프레임(210)의 상승에 따라 복수의 섀도우 마스크(220)를 기판(S)으로부터 이격시킨다. 이에 따라, 증착 공정시 공정 온도에 따른 열팽창에 의해 슬라이딩된 복수의 섀도우 마스크(220)는 마스크 프레임(210)의 상승시 개구부의 내측벽과의 접촉에 의해 슬라이딩되어 개구부 내의 정위치로 정렬된다.
이와 같은, 본 발명의 실시 예에 따른 박막 패턴의 제조 방법은 마스크 프레임(210)과 마스크 프레임(210)에 승강 가능하게 삽입되는 복수의 섀도우 마스크(220)로 이루어지는 이중 구조를 가지는 마스크 장치(200)를 이용한 증착 공정을 통해 기판(S) 상에 박막 패턴(TP)을 형성함으로써 박막 패턴(TP)의 증착 공정시 복수의 섀도우 마스크(220) 각각의 개별적인 열팽창 정도에만 영향을 받게 된다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 박막 패턴의 제조 방법은 대면적 기판(S) 상에 미세하고 복잡한 구조의 박막 패턴(TP) 또는 박막 트랜지스터를 형성할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
200, 300, 400: 마스크 장치 210: 마스크 프레임
211: 단부 213: 개구부
220: 섀도우 마스크 225: 개구 패턴
230: 코팅막 310, 420: 갭 유지부재
410: 마스크 정렬부재 500, 600: 챔버
510, 610: 기판 지지부재 520: 샤워 헤드
620: 타겟

Claims (14)

  1. 개구부와 단부를 가지는 마스크 프레임; 및
    상기 개구부에 삽입되어 상기 단부에 의해 지지되며, 기판 상에 박막 패턴을 형성하기 위한 개구 패턴을 가지는 섀도우 마스크를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마스크 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 섀도우 마스크는 적어도 하나 이상으로 구성되며,
    상기 단부에 안착되어 상기 마스크 프레임의 승강에 따라 연동되는 플레이트;
    상기 플레이트와 일체로 형성되며, 상기 플레이트의 가장자리를 제외한 나머지 영역으로부터 소정 높이를 가지도록 돌출되어 상기 개구부에 삽입되는 돌출부; 및
    상기 플레이트와 상기 돌출부의 소정 영역이 개구되어 형성된 상기 개구 패턴을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마스크 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 섀도우 마스크 각각의 하면 가장자리 부분에 형성되어 상기 섀도우 마스크와 상기 기판 사이의 갭(Gap)을 일정하게 유지시키는 갭 유지부재를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마스크 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 갭 유지부재는 절연물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마스크 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 갭 유지부재는 증착 공정, 코팅 공정 또는 용사 공정에 의해 소정 높이를 가지도록 형성된 것을 특징으로 하는 마스크 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 개구부의 내측벽과 소정 간격의 갭을 가지도록 상기 개구부에 삽입되는 것을 특징으로 하는 마스크 장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 돌출부에 경사지도록 형성되어 상기 마스크 프레임의 상승시 상기 섀도우 마스크를 슬라이딩시켜 상기 개구부에 삽입된 상기 섀도우 마스크를 정위치로 정렬시키기 위한 마스크 정렬부재를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마스크 장치.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 마스크 프레임의 상면 및 단부와 상기 플레이트의 상면 및 측면에 형성된 코팅막을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 마스크 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 섀도우 마스크는 알루미늄, 마그네슘, 티타늄 또는 이들을 포함하는 합금 중 어느 하나의 재질로 형성되거나, 세라믹, 석영, 유리, 절연체, 인바(Invar), 및 서스(SUS) 중 어느 하나의 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 마스크 장치.
  10. 플라즈마 공정을 위한 반응공간을 제공하는 챔버;
    상기 반응공간에 승강 가능하게 배치된 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 마스크 장치;
    상기 기판을 지지하도록 상기 마스크 장치의 하부에 배치된 기판 지지부재; 및
    상기 박막 패턴의 형성을 위한 공정 소스를 상기 반응공간에 분사하도록 상기 마스크 장치의 상부에 배치된 샤워 헤드를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 박막 패턴의 제조 장치.
  11. 스퍼터링 공정을 위한 공정 가스가 공급되는 챔버;
    상기 반응공간에 승강 가능하게 배치된 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 마스크 장치;
    상기 기판을 지지하도록 상기 마스크 장치의 하부에 배치된 기판 지지부재; 및
    상기 박막 패턴에 대응되는 박막 물질로 형성되어 상기 마스크 장치의 상부에 배치된 타겟을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 박막 패턴의 제조 장치.
  12. 개구부와 단부를 가지는 마스크 프레임, 및 기판 상에 박막 패턴을 형성하기 위한 개구 패턴을 가지도록 형성되어 상기 단부에 의해 지지되도록 상기 개구부에 삽입되는 섀도우 마스크를 포함하는 마스크 장치를 상기 기판 상에 정렬하여 배치하는 단계;
    상기 마스크 프레임을 하강시켜 상기 섀도우 마스크를 상기 기판에 접촉시키는 단계;
    증착 공정을 수행하여 상기 개구 패턴을 통과하는 박막 물질을 상기 기판 상에 증착시켜 상기 개구 패턴에 대응되는 상기 기판 상에 박막 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 마스크 프레임을 상승시켜 상기 섀도우 마스크를 상기 기판으로부터 이격시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막 패턴의 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 섀도우 마스크는 적어도 하나 이상으로 구성되며, 상기 복수의 섀도우 마스크는 상기 마스크 프레임의 상승시 상기 개구부의 내측벽과 접촉되어 상기 기판으로부터 이격되도록 상승함과 동시에 슬라이딩되어 상기 개구부 내의 정위치로 정렬되는 것을 특징으로 하는 박막 패턴의 제조 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 증착 공정은 화학기상 증착 공정 또는 스퍼터링 공정인 것을 특징으로 하는 박막 패턴의 제조 방법.
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