KR20180001666A - 전주도금법을 이용한 미세 금속 마스크 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전주도금법을 이용한 미세 금속 마스크 제조방법에 관한 것으로, (a) 캐리어 글라스를 준비하고 상기 캐리어 글라스 상에 희생층을 증착하는 단계와, (b) 전주 도금을 위한 전극 금속(Electrode Metal)을 증착하여 전극층을 형성하는 단계와, (c) 상기 전극층 상에 감광막(Photoresist)을 도포하는 단계와, (d) 광 리소그라피를 사용하여 상기 감광막을 노광 및 현상하여 패터닝하는 단계와, (e) 상기 패터닝된 감광막에 전주도금(Electroplating)하여 전주도금층을 형성하는 단계와, (f) 상기 감광막을 제거하여 금속 패턴을 형성하는 단계와, (g) 상기 전극층에 상기 금속 패턴과 대응되는 패턴을 형성하여 마스크 패턴을 형성하는 단계와, (h) 패터닝된 상기 전주도금층과 전극층의 강성을 높이기 위해 열처리하는 단계와, (i) 상기 전주도금층과 전극층에 형성된 마스크 패턴을 검사하는 단계와, (j) 상기 전주도금층과 전극층을 상기 캐리어 글라스로부터 분리하는 단계를 포함하여, 대면적 적용 시 문제가 되는 처짐 현상 및 뒤틀림을 획기적으로 개선하고, 기존의 방식으로는 구현하기 어려운 40㎛ 피치 이하의 높은 정밀도를 가지는 미세 금속 마스크(Fine Metal Mask)의 제조가 가능하다.

Description

전주도금법을 이용한 미세 금속 마스크 제조방법{A Method for Manufacturing a Fine Metal Mask Using Electroplating}

본 발명은 전주도금법을 이용한 미세 금속 마스크 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대면적 적용 시 문제가 되는 처짐 현상 및 뒤틀림을 획기적으로 개선하고, 기존의 방식으로는 구현하기 어려운 40㎛ 피치 이하의 높은 정밀도를 가지는 미세 금속 마스크(Fine Metal Mask)의 제조가 가능하며, 제품의 신뢰성 향상 및 생산 시간을 획기적으로 줄일 수 있는 전주도금법을 이용한 미세 금속 마스크 제조방법에 관한 것이다.

기존의 금속 마스크(Metal Mask) 제작 방식으로는 레이저 가공방식 및 금속 식각(etching) 방식이 있다. 레이저 가공방식은 레이저 가공장치를 이용하여 일정한 두께, 예컨대 100~200㎛의 두께를 가지는 SUS 기판상에 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 있는데, 금속 식각을 이용한 방식은 예컨대 100~200㎛ 두께의 SUS 기판상에 DFR을 패터닝한 후 식각액을 이용하여 구현하고자 하는 개구부의 형상으로 SUS 기판을 식각하는 방식이다.

금속 식각을 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 마스크 제작 방법이 제안되었다. 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, 1차 도금 후 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.

이와 같은 단점을 개선하기 위한 종래의 금속 마스크를 제조하는 방법으로서, 도 1에 도시한 바와 같이, 스테인레스 스틸이나 금속합금으로 된 강판을 롤러(1)로 압연하여 일정한 두께의 마스크 기판(2)을 형성한 후 노광 공정을 거쳐 패턴을 형성 후 절단하는 방식도 사용되고 있다.

그러나, 이와 같은 종래의 방식은 대면적 공정 시 얇은 마스크 두께로 인해 처짐 현상이 발생하여 정확한 패턴 구현이 어렵고, 얇은 두께로 인하여 완성된 미세 금속 마스크를 프레임에 용접(welding) 시 불량이 다발하는 등 제작상의 다양한 문제점들이 존재한다.

현재 미세 금속 마스크의 두께는 20㎛ 정도로서, 상술한 바와 같은 종래의 방식으로는 마스크 두께가 너무 얇아 평탄도를 유지하기가 매우 어려운 것이다.

이뿐 아니라, 고해상도용 마스크에서는 패턴 크기가 작아져서 증착 두께를 균일하게 유지하기 위해서는 패턴 안에서 둔턱이 없고 45도 이하의 경사가 필요한데, 상기한 종래의 방법으로는 패턴 안쪽의 경사도를 조정할 수가 없었다.

따라서, 높은 정밀도를 가지면서도 경도 특성이 우수한 미세 금속 마스크의 제조방법이 개발될 필요가 있었던바, 본 출원인은 이에 대한 연구를 거듭하여 본 발명을 제안하게 되었다.

한국등록특허 제10-0269101호.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 대면적 마스크의 제조 시 문제가 되는 처짐 현상을 방지하기 위해 캐리어 글라스(Carrier Glass)을 이용하고, 전주 도금을 이용하여 일정한 두께의 금속 마스크를 형성한 후 상기 캐리어 글라스 위에 형성한 희생층(a-Si)을 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off)하여 분리함으로써, 금속 마스크의 뒤틀림, 처짐 및 용접 불량들을 근본적으로 개선할 수 있는 전주도금법을 이용한 미세 금속 마스크 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 마스크 패턴을 형성한 후 레이저를 이용하여 패턴 안쪽의 경사도를 조정함으로써, 유기물 증착시 쉐도우 현상을 방지할 수 있는 전주도금법을 이용한 미세 금속 마스크 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는 미세 금속 마스크(Fine Metal Mask)를 제조하는 방법에 있어서, (a) 캐리어 글라스를 준비하고 상기 캐리어 글라스 상에 희생층을 증착하는 단계와, (b) 전주 도금을 위한 전극 금속(Electrode Metal)을 증착하여 전극층을 형성하는 단계와, (c) 상기 전극층 상에 감광막(Photoresist)을 도포하는 단계와, (d) 광 리소그라피를 사용하여 상기 감광막을 노광 및 현상하여 패터닝하는 단계와, (e) 상기 패터닝된 감광막에 전주도금(Electroplating)하여 전주도금층을 형성하는 단계와, (f) 상기 감광막을 제거하여 금속 패턴을 형성하는 단계와, (g) 상기 전극층에 상기 금속 패턴과 대응되는 패턴을 형성하여 마스크 패턴을 형성하는 단계와, (h) 패터닝된 상기 전주도금층과 전극층의 강성을 높이기 위해 열처리하는 단계와, (i) 상기 전주도금층과 전극층에 형성된 마스크 패턴을 검사하는 단계와, (j) 상기 전주도금층과 전극층을 상기 캐리어 글라스로부터 분리하는 단계를 포함하는 전주도금법을 이용한 미세 금속 마스크 제조방법이 제공된다.

상기 (g)단계에서 상기 전극층에 상기 금속 패턴과 대응되는 패턴을 형성하여 마스크 패턴을 형성하는 방법은, 레이저를 이용하여 상기 마스크 패턴이 테이퍼 형상을 지니도록 트리밍하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 (g)단계에서 레이저를 이용하여 상기 마스크 패턴이 테이퍼 형상을 지니도록 트리밍하는 단계는, (k) 상기 전주도금층과 전극층 상에 단위 가공영역을 설정하는 단계와, (l) 레이저가 상기 단위 가공영역 내에 1번째 스캔경로(scan path)를 따라 이동하며 가공이 이루어지는 단계와, (m) 상기 레이저를 다음 스텝(step)으로 방향을 전환하고, 스텝피치(step pitch)만큼 이동시켜 2번째 스캔경로를 따라 이동하며 가공이 이루어지는 단계와, (n) 상기 (l)단계 및 (m)단계를 반복수행하여 n번째 스캔경로를 따라 레이저의 이동이 완료되면 단위 가공영역 전체에 대한 가공이 이루어지는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 레이저는 각 스캔경로에 대응하여 가공깊이를 설정하여 상기 마스크 패턴이 테이퍼 형상을 지니도록 트리밍하는 것이 가능하다.

이 경우, 상기 레이저는 수십 펨토 초에서 수백 피코 초 사이의 초단 펄스 레이저의 사용으로 상기 마스크 패턴의 표면에서 버(burr)가 발생하는 것을 억제할 수 있다.

또한, 상기 (h)단계에서 패터닝된 상기 전주도금층과 전극층의 강성을 높이기 위해 레이저를 이용하여 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 (h)단계에서 상기 레이저는 라인 빔을 사용하여 설치 공간을 줄이고, 특정 영역을 선택하여 부분별로 내부 응력 제거가 가능한 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 (h)단계에서 금속의 경도를 증가시키기 위한 담금질 공정이 더 포함될 수 있다.

아울러, 상기 담금질 공정 후 마스크 패턴들이 크기가 변하는 경우, 재차 레이저를 이용하여 상기 마스크 패턴의 크기를 조정할 수 있다.

또한, 상기 (j)단계에서 상기 전주도금층과 전극층을 상기 캐리어 글라스로부터 분리하는 방법은, 레이저를 이용하여 상기 캐리어 글라스 위에 형성한 상기 희생층을 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off)하여 분리할 수 있다.

이상에서 살펴본 본 발명에 따르면, 기존의 방식으로는 구현하기 어려운 40㎛ 피치 이하의 높은 정밀도를 가지는 미세 금속 마스크(Fine Metal Mask)의 제조가 가능하며, 제품의 신뢰성 향상 및 생산 시간을 획기적으로 줄일 수 있는 OLED 용 미세 금속 마스크를 제작할 수 있다. 이는 현재 많은 문제가 되고 있는 미세 금속 마스크의 정밀도 및 생산 속도를 높여 현재 필요로 하는 수요를 충족시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 4G 이상의 대면적을 요구하는 OLED 증착 마스크 및 금속 마스크를 필요로 하는 분야에서 일정한 두께를 유지하는 금속 판재를 형성할 수 있으며 이를 이용한 정밀한 패턴을 가지는 금속 마스크를 형성할 수 있다.

또한, 얇은 마스크 두께로 인해 발생하는 금속 마스크의 뒤틀림, 처짐 및 용접 불량들을 근본적으로 개선할 수 있으며, 마스크 패턴을 형성한 후 레이저를 이용하여 패턴 안쪽의 경사도를 조정함으로써, 유기물 증착시 쉐도우 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 금속 마스크를 제조하는 방법의 일예를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 전주도금법을 이용한 미세 금속 마스크 제조방법의 순서도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전주도금법을 이용한 미세 금속 마스크 제조방법의 단계별 가공물 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 레이저를 이용하여 마스크 패턴이 테이퍼 형상을 지니도록 트리밍하는 방법에 대한 모식도이다.
도 5는 본 발명에 따른 가공깊이의 제어를 통한 테이퍼 형상의 3차원 구조물을 구현하는 방법에 대한 모식도이다.
도 6은 본 발명에 따른 각 스캔경로를 따라 상대 위치 이동하는 레이저에 의한 가공깊이를 제어하는 것에 대한 모식도이다.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 전주도금법을 이용한 미세 금속 마스크 제조방법의 순서도이고, 도 3은 본 발명에 따른 전주도금법을 이용한 미세 금속 마스크 제조방법의 단계별 가공물 단면도이다.

본 발명에 따른 미세 금속 마스크(Fine Metal Mask) 제조방법은 대면적 마스크의 제조 시 문제가 되는 처짐 현상을 방지하기 위해 캐리어 글라스(Carrier Glass)(10)을 이용하고, 전주 도금을 이용하여 일정한 두께의 금속 마스크를 형성한 후 상기 캐리어 글라스(10)를 분리하여 금속 마스크(70)를 얻는 방식이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 먼저, 캐리어 글라스(10)를 준비하고(S110), 상기 캐리어 글라스(10) 상에 희생층(20)을 증착한 후(S120), 전주 도금을 위한 전극 금속(Electrode Metal)을 증착하여 전극층(30)을 형성하고(S130), 상기 전극층(30) 상에 감광막(Photoresist)(40)을 도포한다(S140).

도 3의 (a)는 캐리어 글라스(10) 위에 희생층(20), 전극층(30) 및 감광막(40)이 순서대로 도포된 상태의 단면도이다.

본 발명은 상기 캐리어 글라스(10) 상에 금속 마스크를 가공하고 가공이 완료된 후 상기 캐리어 글라스(10)와 금속 마스크를 분리하기 때문에 공정 과정에서 금속 마스크가 뒤틀리거나 처지는 현상이 발생하지 않는다.

이는 종래의 기술이 압연으로 금속 마스크 기판을 만든 후 노광하는 방식으로 금속 마스크를 제조하였기 때문에 마스크에 뒤틀림과 처짐이 발생하는 문제점을 획기적으로 해결할 수 있는 것이다.

상기 희생층(20)은 후술할 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off) 공정 시 상기 캐리어 글라스(10)와 금속 마스크(70)를 분리하기 위해 증착되는 것으로, 상기 희생층(20)으로는 a-Si이 사용될 수 있다.

상기 감광막(40)은 양성 또는 음성 감광막을 사용할 수 있으며, 예컨대 상용화된 제품을 사용할 수 있다. 감광막(40)은 예컨대 100 ~ 200㎛의 두께가 되도록 도포할 수 있으며, 큰 면적에 대해서도 감광막의 도포가 가능한 대면적 전용 스핀코터(spin coater)를 사용하여 일정한 두께로 균일하게 감광막을 도포하는 것이 바람직하다.

이후, 광 리소그라피를 사용하여 상기 감광막(40)을 노광 및 현상하여 패터닝한다(S150).

즉, 미리 준비된 마스크(50)를 감광막(40) 위에 배치한 후 일정한 양의 에너지를 사용하여 노광을 한다. 노광 후, 현상액을 사용하여 선택적으로 감광막(40)을 식각하여 정밀한 패턴 형상을 구현한다. 도 3의 (b)는 마스크(50)가 진입된 상태를 도시한 단면도이고, 도 3의 (c)는 노광 및 현상을 수행한 상태의 단면도이다.

이후, 상기 패터닝된 감광막(40)에 전주도금(Electroplating)하여 전주도금층(60)을 형성한다(S160). 도 3의 (d)는 전주도금층(60)이 형성된 상태의 단면도이다.

본 발명에서는 금속 마스크를 얻는 방식으로 전주도금을 이용함으로써, 일정한 두께의 전주도금층(60)을 형성할 수 있으며, 상기 전주도금층(60)의 두께는 필요에 따라 선택적으로 자유롭게 조절이 가능하다.

본 발명에서 상기 전주도금층(60)은 예컨대 Ni-Fe 합금인 인바(Invar)를 전주도금하여 형성할 수 있다. 그 이외에도 상기 전주도금층(60)은 Ni-W, Ni-Co, Ni-Fe로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 물질로 이루어질 수 있으며, 본 발명에서는 이를 특정하지 않는다.

이후, 상기 감광막(40)을 제거하여 금속 패턴을 형성한다(S170). 도 3의 (e)는 감광막(40)이 제거된 상태의 단면도이다.

이와 같이 금속 패턴이 형성된 전주도금층(60)과 전극층(30)이 마스크 기판을 구성한다. 따라서, 상기 전극층(30)에도 상기 금속 패턴과 대응되는 패턴을 형성하여야 한다. 즉, 상기 금속 패턴이 형성되지 않는 전극층(30)의 일부분들을 부분적으로 제거하여 상기 금속 패턴과 대응되는 패턴을 형성하는 것이다.

상기 금속 패턴과 이에 대응되는 전극층(30)의 패턴이 최종적으로 금속 마스크의 패턴이 되며, 본 발명에서는 상기 전극층(30)에 금속 패턴과 대응되는 패턴을 형성하는 과정에서, 레이저를 이용하여 패턴이 테이퍼(taper) 형상을 가지도록 테이퍼 트리밍을 실시한다.

상기 전주도금층(60)에 형성된 금속 패턴은 도 3의 (e)에서 보는 바와 같이, 수직면으로 형성되어 각도를 주기가 어렵다. 이와 같이 수직면으로 형성된 패턴은 유기물의 증착 시 쉐도우 현상이 발생될 수 있으므로, 본 발명에서는 패턴 안쪽의 경사도를 조정하여 유기물 증착 시 쉐도우 현상을 방지하도록 구성한다.

본 발명에서는 상기 패턴에 경사면을 형성하기 위해 레이저를 이용한 테이퍼 트리밍을 실시한다. 즉, 상기 전극층(30)을 부분적으로 제거하여 마스크 패턴을 형성함과 동시에 마스크 패턴을 테이퍼 형상으로 만드는 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 레이저를 이용하여 마스크 패턴이 테이퍼 형상을 지니도록 트리밍하는 방법에 대한 모식도이고, 도 5는 본 발명에 따른 가공깊이의 제어를 통한 테이퍼 형상의 3차원 구조물을 구현하는 방법에 대한 모식도이고, 도 6은 본 발명에 따른 각 스캔경로를 따라 상대 위치 이동하는 레이저에 의한 가공깊이를 제어하는 것에 대한 모식도이다.

본 발명에서 레이저를 이용하여 상기 마스크 패턴이 테이퍼 형상을 지니도록 트리밍하기 위해 먼저, 상기 전주도금층(60)과 전극층(30) 상에 단위 가공영역을 설정한다.

본 발명에서의 상기 단위 가공영역은 상기 전주도금층(60)에 형성된 패턴과 패턴 사이의 영역으로 설정될 수 있다. 즉, 상기 패턴과 패턴 사이에 형성된 홀을 중심으로 양측의 패턴을 일부분 포함하는 가상의 영역으로 설정되는 것이다.

단위 가공영역의 설정 후, 레이저가 상기 단위 가공영역의 한 경계에서 시작하여, 1번째 스캔경로(scan path)를 따라 이동해 가며, 상기 단위 가공영역의 다른 쪽 경계에 도달할 때까지, 상기 단위 가공영역 내에 포함된 3차원 구조물(본 발명에서는 전주도금층(60)에 형성된 패턴)에 대한 가공이 이루어지는 것이다.

즉, 전주도금층(60)과 전극층(30) 상에 설정된 단위 가공영역의 한 경계에서 다른 쪽 경계까지 1번째 스캔경로를 설정하고, 이를 따라 레이저가 이동하면서 단위 가공영역 내에 포함되는 3차원 구조물 패턴에 대한 부분 또는 전체에 대한 가공이 수행되는 것이다.

그리고, 1번째 스캔경로를 따라 레이저가 이동하면서 단위 가공영역의 다른 쪽 경계에 레이저가 도달하게 되면, 상기 레이저를 다음 스텝(step)으로 방향을 전환시키고, 스텝피치(step pitch)만큼 이동시켜 2번째 스캔경로로 이동시키게 된다.

즉, 단위 가공영역의 다른 쪽 경계에 레이저가 도달하게 되면, 레이저를 오프(off)시키고, 레이저의 방향을 전환하고, 설정된 스텝피치(step pitch)만큼 이동시킨 후, 2번째 스캔경로를 설정하게 된다. 이때 레이저가 다시 온(on)되게 된다.

상기 스텝피치는 인접하는 스캔경로 간의 거리를 의미하는 것으로서, 예컨대, 1번째 스캔경로와 2번째 스캔경로 사이의 거리로, 1번째 스캔경로를 이동하는 레이저의 중심에서 2번째 스캔경로를 이동하는 레이저의 중심까지의 거리를 의미한다.

여기에서, 1번째 스캔경로와 2번째 스캔경로는 같은 방향일 수도 있으며, 도 4에 도시된 바와 같이, 반대 방향으로 설정될 수도 있다. 즉, 레이저의 이동방향이 반대로 설정될 수 있다. 즉, n-1번째 스캔경로와 n번째 스캔경로는 같은 방향 또는 반대 방향으로 레이저가 이동하도록 설정할 수 있으며, 이에 한정하지 않고, 복수회의 스캔경로는 특정 방향으로, 또는 그 반대 방향으로 설정되거나, 이들의 조합으로 설정될 수 있다.

그 다음, 상기 제1단계 및 제2단계를 반복수행하여, n번째 스캔경로를 따라 레이저의 이동이 완료되면 단위가공영역 전체에 대한 가공이 이루어지게 된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 설정된 1번째 스캔경로를 따라 레이저가 이동하면서, 1번째 스캔경로 상에 형성된 3차원 구조물 패턴에 대한 가공이 이루어지게 된다. 그리고, 레이저가 단위 가공영역 상의 다른 쪽 경계에 도달하면, 다음 스텝으로의 방향 전환 후, 스텝피치만큼 이동하여 2번째 스캔경로를 따라 레이저가 이동하여 처음 단위 가공영역 상의 경계에 도달하게 된다. 다시 이를 반복하여, n번째 스캔경로를 설정하고, 이를 따라 레이저의 이동이 완료되어 단위 가공영역의 어느 경계에 도달하게 되면, 단위 가공영역에 포함된 3차원 구조물 패턴에 대한 가공이 완료되게 되는 것이다.

이와 같은 본 발명은 가공 중에 발생하는 레이저의 방향전환의 횟수를 줄여(스캔경로를 이동하며 가공->다음 스텝으로 방향전환 및 이동), 비교적 단순한 가공절차를 반복수행하여 가공이 이루어지게 되므로, 생산성이 향상되게 된다.

또한, 가공영역 내에 포함되는 하나의 3차원 구조물 패턴이 여러 개의 스캔경로를 포함하고 있어서, 가공이 모두 완료되기 위해서는 3차원 구조물 패턴에 대한 가공이 휴지 시간을 갖고 간헐적으로 이루어지도록 하여 피가공대상물인 전주도금층(60)과 전극층(30)에 열에너지가 누적되는 것을 방지하여, 전주도금층(60)과 전극층(30)을 보호하고 미세 패턴의 형성이 가능하게 된다.

이 경우, 상기 레이저는 수십 펨토 초에서 수백 피코 초 사이의 초단 펄스 레이저의 사용으로 상기 마스크 패턴의 표면에서 버(burr)가 발생하는 것을 억제할 수 있다.

한편, 상기 스캔경로를 따라 레이저가 이동할 때에, 각 스캔경로에 대응하여 가공깊이를 설정할 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 레이저는 각 스캔경로에 대응하여 가공깊이를 설정하여 상기 마스크 패턴이 테이퍼 형상을 지니도록 트리밍하는 것이 가능하다.

즉, 1번째 스캔경로의 가공깊이를 얼마로 설정하고, 2번째 스캔경로의 가공깊이는 또 다른 값으로 설정할 수 있으며, n번째 스캔경로의 가공깊이를 각각 다르게 또는 가장 가운데에 존재하는 스캔경로에 대칭적으로 설정할 수도 있다. 이는 3차원 구조물의 형태에 따라 다양하게 설정될 수 있으며, 이러한 가공깊이의 설정은 레이저의 에너지 누적 분포를 제어함으로써 구현될 수 있다.

첫번째, 가공깊이를 설정하는 방법으로서, 상기 스캔경로를 이동하는 레이저의 오버랩률(overlap rate)[오버랩률={(레이저의 크기 - 스캔피치)/레이저의 크기} x 100, 스캔피치=v/f, v : 구동부의 동작에 의한 피가공대상물과 레이저의 상대 속도, f : 피가공대상물 위에 인가되는 레이저 소스의 펄스 진동수]에 의해 제어된다.

상기 레이저의 오버랩률에 따른 가공깊이의 설정은, 레이저 소스부의 펄스 진동수(pulse frequency) 값을 고정한 채, 빔의 상대 속도를 스캔경로 별로 다르게 설정하는 방법과, 빔의 상대 속도 값을 고정한 채, 펄스 진동수 값을 스캔경로 별로 다르게 설정하는 방법이 있다.

즉, 상기 레이저의 오버랩률은 레이저의 크기에 따른 스캔피치의 제어에 의해 설정될 수 있으며, 스캔피치=v/f에서, 빔의 상대 속도 및 펄스 진동수 값을 조절하여, 각 스캔경로 별로 레이저의 오버랩되는 정도를 제어하여, 가공깊이를 설정하게 하는 것으로서, 3차원 구조물의 가공깊이가 깊을수록 레이저의 오버랩률은 커지도록 설정하게 된다.

두번째, 상기 가공깊이의 설정은 상기 스캔경로의 중첩회수에 의해 제어될 수 있다. 즉, 동일한 스캔경로 상에서 레이저를 몇 번 이동시키느냐에 따른 에너지 누적 분포를 제어하여 3차원 구조물의 가공깊이를 설정할 수 있는 것이다.

구체적으로는, 각 스캔경로에 대해서 레이저의 상대 속도와 펄스 진동수 값을 모두 고정한 채(즉, 스캔피치는 일정), 단위 가공영역 내의 스캔경로에 선택적으로 스캔경로의 중첩회수를 설정하는 것이다.

세번째, 상기 가공깊이의 설정은 상기 스캔경로 별로 에너지 강도를 설정하거나 하나의 스캔경로 내에서도 레이저 소스의 펄스 별로 에너지 강도를 설정하거나 이 둘의 조합에 의해 결정될 수 있다. 즉, 동일한 스캔경로 상에서 레이저의 에너지의 세기를 조절에 따른 에너지 누적 분포를 제어하여 3차원 구조물의 가공깊이를 설정할 수 있는 것이다.

구체적으로는, 각 스캔경로에 대해 레이저의 상대 속도와 펄스 진동수 값을 모두 고정한 채(즉, 스캔피치는 일정), 각 스캔경로를 따라 상대 위치 이동하는 도중에 레이저 소스의 펄스 별로 에너지 강도를 다르게 설정하거나, 각 스캔경로 별로 에너지 강도를 다르게 설정하는 것이다.

상기의 가공깊이를 설정하는 방법에 있어서, 상기 스캔경로를 이동하는 레이저의 오버랩률, 상기 스캔경로의 중첩회수 및 상기 스캔경로를 이동하는 레이저의 에너지 강도 중 어느 하나, 또는 이들 중 둘 이상의 조합에 의해 결정될 수도 있다.

한편, 상기 1,...,n번째 스캔경로(제1방향)와, 상기 스캔경로에 수직하는 1,...,m번째 스캔경로(제2방향)를 설정하여, 3차원 구조물을 형성할 수 있다.

이러한 3차원 구조물을 형성하는 방법으로서, 상기 스캔경로에 따라 에너지 누적 분포를 순차적인 강도로 설정하여 테이퍼 형상의 3차원 구조물을 형성할 수 있는 것이다. 즉, 두 방향으로 스캔경로를 직교하게 설정한 채로 스캔경로에 따라 에너지 누적 분포를 순차적인 강도로 설정하여 테이퍼 형상의 3차원 구조물이 형성될 수 있도록 가공깊이를 구현하는 것이다.

구체적으로는, 제1방향의 1번째 제1방향의 n번째, 그리고, 제2방향의 1번째, 제2방향의 m번째 스캔경로의 가공깊이를 동일하게 설정하고, 그와 같은 방식으로 나머지 모든 스캔경로에 대한 가공 깊이를 설정하는 것이다.

예컨대, 제1방향의 1번째(=제1방향 n번째=제2방향 1번째=제2방향 m번째)의 스캔경로의 가공깊이보다, 제1방향의 2번째(=제1방향 n-1번째=제2방향 2번째=제2방향 m-1번째)의 스캔경로의 가공깊이를 같거나 더 큰 값으로 설정하는 것이다. 나머지 스캔경로에 대해서서도 가공깊이는 동일한 방식으로 설정한다.

또한, 테이퍼 형상의 3차원 구조물을 형성하는 또 다른 방법으로서, 상기 단위 가공영역에 포함된 3차원 구조물 영역 상에 다수개의 에너지 영역을 설정하여, 에너지 영역별로 에너지 누적 분포를 순차적인 강도로 설정하여 테이퍼 형상의 3차가공깊이를 설정할 수도 있다.

구체적으로는 제2에너지 영역에 할당되는 에너지 누적분포는 제1에너지 영역에 할당되는 에너지 누적분포보다 크거나 같은 값으로 설정하고, 그와 같은 방식으로 나머지 에너지 영역에 대한 에너지 누적의 할당은 순차적인 값으로 설정된다.

이러한 에너지 영역별로 에너지 누적 분포의 설정은, 상기 스캔경로의 중첩회수 또는 상기 스캔경로를 이동하는 레이저의 에너지 강도의 변화에 의해 이루어지게 된다.

그리고, 제2에너지 영역과 제3에너지 영역의 차집합 영역에 대해 상기 중첩회수보다 크거나 같은 중첩회수로 설정하고, 나머지 모든 에너지 영역에 대해 위와 같은 에너지 누적 분포를 제어하여 테이퍼 형상의 3차원 구조물을 형성하는 것이다.

이와 같이, 본 발명은 상기 스캔경로에 대해 가공깊이를 설정하여 3차원 구조물의 형성이 용이하도록 하였으며, 특정 스캔경로 또는 에너지 영역별로 에너지의 총 누적 분포 제어를 통해 테이퍼 형상의 3차원 구조물의 형성이 용이하도록 한 것이다.

도 3의 (f)는 상기 전주도금층(60)과 전극층(30)에 형성된 마스크 패턴에 테이퍼 트리밍을 실시한 단면도이다.

이후, 패터닝된 상기 전주도금층(62)과 전극층(32)의 강성을 높이기 위해 열처리한다(S190).

본 발명에서 제작하고자 하는 금속 마스크의 두께는 20㎛로 매우 얇다. 따라서, 이를 강화해주기 위해 열처리 공정이 필수적이며, 본 발명은 마스크 패턴의 테이퍼 트리밍 후 열처리를 함으로써, 전주도금층(62)의 상면과 트리밍을 한 패턴의 가공면까지 동시에 열처리가 이루어지게 되어 상면과 가공면까지 응력 제거 및 경도 강화를 할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명에서는 상기 열처리 공정을 레이저 라인 빔을 사용하여 실시함으로써, 설치 공간을 줄이고 특정 영역을 선택하여 부분별로 내부 응력 제거가 가능하다.

레이저 열처리 방법은 레이저의 파워를 조정함으로써, 기판상에 온도를 빠르게 조절할 수 있고 온도 유지를 위한 챔버가 필요하지 않아, 종래의 열처리 방법에서 특정 온도를 유지하기 위해 챔버 형태의 공간이 필요하며 이로 인해 기판의 크기에 따라 많은 면적을 차지하게 되는 단점을 해결할 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 레이저 라인 빔을 사용하여 공간상 제약을 많이 받지 않기 때문에 대면적 기판도 처리할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 열처리 방법에서는 금속의 경도를 증가시키는 담금질을 공정을 추가할 수 있다.

본 발명에서 제조하고자 하는 얇은 두께의 금속 마스크의 경도를 증가시키기 위해 응력을 제거하는 어닐링과 경도를 증가시키는 담금질이 필요한데, 기존의 금속 마스크 제조방법에서는 응력을 제거하는 어닐링 공정만 실시되고 있다. 종래에는 얇은 두께의 금속 기판을 받쳐주는 캐리어가 존재하지 않아 담금질을 실시할 경우 금속의 수축에 의해 뒤틀림이나 판재의 변형을 방지할 수 없다.

그러나 본 발명에서는 글래스를 캐리어로 사용하기 때문에 이에 대한 문제가 발생하지 않는다. 담금질은 금속의 경도를 증가시키기 위해 사용되며 금속의 두께에 따라 반복 횟수는 증가할 수 있다.

담금질 후 금속 마스크가 수축하면서 마스크 기판상에 형성된 패턴들이 크기가 변할 수 있다. 그러나 본 발명은 담금질 후 패턴 검사를 통해 패턴의 크기가 변한 경우에는 다시 레이저 공정을 거쳐 가공하고자 하는 패턴의 크기를 조정할 수 있다.

이후, 상기 전주도금층(62)과 전극층(32)에 형성된 마스크 패턴을 검사하여 불량여부를 판단하게 된다(S200). 도 3의 (g)는 CCD 카메라를 이용하여 테이퍼 트리밍된 전주도금층(62)과 전극층(32)의 마스크 패턴을 검사하는 것을 도시한 단면도이다.

이후, 상기 전주도금층(62)과 전극층(32)을 상기 캐리어 글라스(10)로부터 분리한다(S210).

테이퍼 트리밍된 전주도금층(62)과 전극층(32)은 금속 마스크(70)를 구성하게 된다. 도 3의 (i)는 전주도금 금속 마스크(70)가 형성된 상태의 단면도이다.

본 발명에서 상기 전주도금층(62)과 전극층(32)을 상기 캐리어 글라스(10)로부터 분리하기 위해, 레이저를 이용하여 상기 캐리어 글라스(10) 위에 형성한 상기 희생층(20)을 제거하는 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off)를 적용한다.

이와 같이 미세 패턴이 형성된 금속 마스크의 제조가 완성되면, 이를 고정하기 위한 금속 프레임에 용접으로 붙여놓는다.

즉, 상기 금속 마스크는 매우 얇은 두께이기 때문에 휘어짐이나 처짐이 발생할 수 있고 이를 방지하기 위해, 금속 마스크를 살살 당겨 인장한 상태에서 금속 프레임에 레이저로 용접부분을 붙이는 것이다.

이와 같은 본 발명에 의해 제조된 미세 금속 마스크는 대면적 적용 시 문제가 되는 처짐 현상 및 뒤틀림을 획기적으로 개선하고, 기존의 방식으로는 구현하기 어려운 40㎛ 피치 이하의 높은 정밀도를 가짐으로써 제품의 신뢰성 향상 및 생산 시간을 획기적으로 줄일 수 있다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

10: 캐리어 글라스 20: 희생층
30: 전극층 40: 감광막
60: 전주도금층
70: 미세 패턴이 형성된 금속 마스크

Claims (10)

1. 미세 금속 마스크(Fine Metal Mask)를 제조하는 방법에 있어서,
   (a) 캐리어 글라스를 준비하고 상기 캐리어 글라스 상에 희생층을 증착하는 단계;
   (b) 전주 도금을 위한 전극 금속(Electrode Metal)을 증착하여 전극층을 형성하는 단계;
   (c) 상기 전극층 상에 감광막(Photoresist)을 도포하는 단계;
   (d) 광 리소그라피를 사용하여 상기 감광막을 노광 및 현상하여 패터닝하는 단계;
   (e) 상기 패터닝된 감광막에 전주도금(Electroplating)하여 전주도금층을 형성하는 단계;
   (f) 상기 감광막을 제거하여 금속 패턴을 형성하는 단계;
   (g) 상기 전극층에 상기 금속 패턴과 대응되는 패턴을 형성하여 마스크 패턴을 형성하는 단계;
   (h) 패터닝된 상기 전주도금층과 전극층의 강성을 높이기 위해 열처리하는 단계;
   (i) 상기 전주도금층과 전극층에 형성된 마스크 패턴을 검사하는 단계; 및
   (j) 상기 전주도금층과 전극층을 상기 캐리어 글라스로부터 분리하는 단계;
   를 포함하는 전주도금법을 이용한 미세 금속 마스크 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 (g)단계에서 상기 전극층에 상기 금속 패턴과 대응되는 패턴을 형성하여 마스크 패턴을 형성하는 방법은,
   레이저를 이용하여 상기 마스크 패턴이 테이퍼 형상을 지니도록 트리밍하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전주도금법을 이용한 미세 금속 마스크 제조방법.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 (g)단계에서 레이저를 이용하여 상기 마스크 패턴이 테이퍼 형상을 지니도록 트리밍하는 단계는,
   (k) 상기 전주도금층과 전극층 상에 단위 가공영역을 설정하는 단계;
   (l) 레이저가 상기 단위 가공영역 내에 1번째 스캔경로(scan path)를 따라 이동하며 가공이 이루어지는 단계;
   (m) 상기 레이저를 다음 스텝(step)으로 방향을 전환하고, 스텝피치(step pitch)만큼 이동시켜 2번째 스캔경로를 따라 이동하며 가공이 이루어지는 단계; 및
   (n) 상기 (l)단계 및 (m)단계를 반복수행하여 n번째 스캔경로를 따라 레이저의 이동이 완료되면 단위 가공영역 전체에 대한 가공이 이루어지는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 전주도금법을 이용한 미세 금속 마스크 제조방법.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 레이저는 각 스캔경로에 대응하여 가공깊이를 설정하여 상기 마스크 패턴이 테이퍼 형상을 지니도록 트리밍하는 것이 가능한 전주도금법을 이용한 미세 금속 마스크 제조방법.
5. 청구항 2에 있어서,
   상기 레이저는 수십 펨토 초에서 수백 피코 초 사이의 초단 펄스 레이저의 사용으로 상기 마스크 패턴의 표면에서 버(burr)가 발생하는 것을 억제하는 것을 특징으로 하는 전주도금법을 이용한 미세 금속 마스크 제조방법.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 (h)단계에서 패터닝된 상기 전주도금층과 전극층의 강성을 높이기 위해 레이저를 이용하여 열처리하는 단계를 포함하는 전주도금법을 이용한 미세 금속 마스크 제조방법.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 (h)단계에서 상기 레이저는 라인 빔을 사용하여 설치 공간을 줄이고, 특정 영역을 선택하여 부분별로 내부 응력 제거가 가능한 것을 특징으로 하는 전주도금법을 이용한 미세 금속 마스크 제조방법.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 (h)단계에서 금속의 경도를 증가시키기 위한 담금질 공정이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 전주도금법을 이용한 미세 금속 마스크 제조방법.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 담금질 공정 후 마스크 패턴들이 크기가 변하는 경우, 재차 레이저를 이용하여 상기 마스크 패턴의 크기를 조정하는 것을 특징으로 하는 전주도금법을 이용한 미세 금속 마스크 제조방법.
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 (j)단계에서 상기 전주도금층과 전극층을 상기 캐리어 글라스로부터 분리하는 방법은,
    레이저를 이용하여 상기 캐리어 글라스 위에 형성한 상기 희생층을 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off)하는 것을 특징으로 하는 전주도금법을 이용한 미세 금속 마스크 제조방법.
    
    
    
    

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