KR20200042163A - 마스크 장치 및 이의 제조 방법 - Google Patents

마스크 장치 및 이의 제조 방법 Download PDF

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주식회사 코윈디에스티
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Abstract

마스크 장치 및 이의 제조 방법이 개시된다. 본 발명의 마스크 장치의 제조방법은, 프레임 기판의 상부에 베리어층을 형성하는 단계; 상기 베리어층의 상부에 금속시드층을 형성하는 단계; 상기 금속시드층의 상부의 소정의 마스크 패턴 영역에 복수의 절연체 구조체를 형성하는 단계; 상기 금속시드층의 상부에 습식 또는 건식 도금에 의한 금속도금층을 형성하는 단계; 상기 프레임 기판 중 상기 마스크 패턴 영역에 상응하는 영역을 식각하는 단계; 상기 베리어층에서 상기 프레임 기판의 식각에 의해 노출되는 영역을 제거하는 단계; 및 상기 노출되는 영역을 제거한 후, 상기 복수의 절연체 구조체를 제거하여 복수의 홀들을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

마스크 장치 및 이의 제조 방법{Mask Apparatus and Method of Manufacturing the Same}
본 발명은 마스크 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 소정 패턴을 갖는 소자의 제조에 사용되는 마스크 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
박막의 금속 마스크(새도우 마스크(Shadow Mask)라 하기도 함)를 이용하는 대표적인 전자 소자의 하나는 디스플레이 장치의 하나인 유기발광다이오드(OLED) 디스플레이 장치로서, 휴대폰, TV 등의 디스플레이 장치로 널리 개발되고 있다. 이의 칼라화를 구현하기 위해서 복수의 광방출층(보통 적색(R;red), 녹색(G;green), 청색(B;blue)의 3가지 색)이 디스플레이 기판의 소정 영역에 선택적으로 형성된다. 광방출층의 제작을 위해서 널리 이용되는 방식이 진공증착(evaporation)이며, 증착시에는 개구부를 지닌 마스크가 발광체 패턴이 형성될 기판에 부착되고 이 개구부를 통하여 증발되는 물질이 기판 상에 코팅되게 되어 개구부에 해당되는 발광체 패턴이 형성된다.
도 1은 기존의 마스크를 이용한 패턴형성방법을 도시한 것이다. 패턴(예컨대, 화소 패턴)을 형성하고자 하는 기판(11)을 적절한 진공상태를 유지하고 있는 장치 내에 배치하고 패턴을 형성할 재료가 되는 물질(12; 보통 source라고 함)을 가열시키면 입자들(14)이 증발하게 되어 기판(11) 쪽으로 가게 된다. 기판(11)에 개구부(홀: hole)(13)가 형성된 마스크(16)를 배치하면 개구부(13)를 통하여 기판상에 증발물질의 패턴(15)이 형성되게 된다.
이러한 마스크의 대부분이 포토리소그라피 공정과 전주기법에 의해 제조 되고 있다.
그러나 대면적의 기판 상에 패턴을 형성하는 경우 증착용 마스크의 크기도 커지게 되며, 증착시 발생되는 열에 의해 마스크가 변형되기 쉬우며 또 일반적으로 이용되는 마스크 재료인 니켈과 디스플레이 장치의 기판으로 주로 이용되는 유리와의 열팽창 차이에 의해 치수도 변하게 되어 패턴이 원하는 위치에 형성되지 않고 오차가 발생하는 문제점이 있다.
휴대폰의 디스플레이 장치와 같이 그 크기가 작은 디스플레이의 경우는 생산시의 양산성을 향상시키기 위해 보통 큰 기판에 다수의 디스플레이를 제작한 다음 하나씩 잘라서 이용하는 방식이 널리 이용되고 있다.
이와 같은 공정에 사용되는 기판 유리는 현재 업체에서 대면적 기판을 이용하여 한번에 수 십장의 디스플레이를 한꺼번에 제조하려는 경향을 보이고 있다. 그러므로 여기에 사용되는 마스크의 경우는 보통 유리 기판의 사이즈 보다 더 큰 면적이 요구된다. 마스크의 면적이 커질수록 증착시 발생되는 열에 의해 열변형을 받기가 쉬워 패턴이 원하는 위치에 형성되지 않고 또 마스크 수명이 짧아진다. 이와 같은 이유로 수율 및 양산성의 저하되며 고가의 마스크를 수시로 교체해야 되는 문제점을 지니고 있다.
따라서, 열변형이 적으면서 대면적 기판에 적용이 용이한 마스크 장치가 요구된다.
한편, 마스크 장치에 의한 새도우 이펙트(Shadow Effect)를 줄이거나 제거하기 위한 노력이 있어 왔다. 새도우 이펙트란 기판(11)에 균일한 두께의 패턴(15)이 형성되는 것이 아니라, 각 패턴의 양단으로 갈수록 두께가 얇아지는 현상을 의미한다.
이러한 새도우 이펙트의 해소를 위하여, 기존에는 마스크(3)의 패턴(예컨대, 개구부의 모양)을 테이퍼(Taper) 형상으로 경사지게 형성하는 방법이 제안되기도 하고, 별도의 모판을 제작하고 제작된 모판을 이용하여 마스크를 제작하는 방법이 제안되기도 하였다.
그러나, 전자의 경우에는, 테이퍼 형상을 만들기 위해 별도의 공정이 수반되므로, 공정 시간, 비용이 증가하고, 생산성이 낮아지는 문제점이 있고, 후자의 경우에는 별도의 모판을 제작하고, 제작된 모판을 이용하여 마스크를 제조하고, 마스크를 모판으로부터 분리해야 하는 어려움이 있다.
대한민국 등록특허 제10-0472012호(등록일자: 2005년02월03일) 대한민국 등록특허 제10-186702호(등록일자: 2018년05월21일)
본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는, 열변형이 적으면서 미세한 마스크 패턴을 가지는 마스크 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 새도우 이펙트를 줄일 수 잇는 마스크 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 대면적의 기판상에 다수의 소자를 제조하기 위해 사용되는 박막패턴 형성용 마스크 장치의 제조방법은, 프레임 기판의 상부에 베리어층을 형성하는 단계; 상기 베리어층의 상부에 금속시드층을 형성하는 단계; 상기 금속시드층의 상부의 소정의 마스크 패턴 영역에 복수의 절연체 구조체를 형성하는 단계; 상기 금속시드층의 상부에 습식 또는 건식 도금에 의한 금속도금층을 형성하는 단계; 상기 프레임 기판 중 상기 마스크 패턴 영역에 상응하는 영역을 식각하는 단계; 상기 베리어층에서 상기 프레임 기판의 식각에 의해 노출되는 영역을 제거하는 단계; 및 상기 노출되는 영역을 제거한 후, 상기 복수의 절연체 구조체를 제거하여 복수의 홀들을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 절연체 구조체 각각은 소정의 경사각을 가지도록 형성된다.
본 발명의 실시예에 따른 대면적의 기판상에 다수의 소자를 제조하기 위해 사용되는 박막패턴 형성용 마스크 장치는, 상기 다수의 소자 각각에 대응하기 위해 분리되어 형성된 복수의 마스크 패턴 영역; 상기 복수의 마스크 패턴 영역에 대응하여 식각된 프레임 기판; 상기 프레임 기판의 상부에 형성되고, 상기 복수의 마스크 패턴 영역에 대응하여 식각된 베리어층; 및 상기 배리어층의 상부에 형성된 금속층을 포함하며, 상기 복수의 마스크 패턴 영역은 상기 금속층에 형성되어 상기 프레임 기판 및 상기 베리어층의 식각된 영역을 통하여 노출되고, 상기 복수의 마스크 패턴 영역은 90도 미만의 경사각을 갖는 복수의 홀을 가진다.
본 발명의 실시예에 따르면, 열변형이 적은 프레임 기판 상부의 금속층에 마스크 패턴을 형성하고, 마스크 패턴 형성시 정밀하게 가공할 수 있는 절연체 구조체를 사용하여 미세한 패턴의 홀을 형성함으로써, 열변형이 적으면서 미세한 마스크 패턴을 가지는 마스크 장치를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 절연체 구조체를 특정 범위의 경사각을 갖도록 형성함으로써, 새도우 이펙트를 줄일 수 있다.
또한, 실시예에 따라, 금속 도금층의 높이를 절연체 구조체의 높이보다 더 높게 형성함으로써, 새도우 이펙트를 더욱 줄일 수 있다.
도 1은 기존의 마스크를 이용한 패턴형성방법을 도시한 것이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크 제조 방법을 도시한 도면이다.
도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마스크 제조 방법을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 절연체 구조체의 제조 방법을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크 패턴의 개구부를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크 제조 방법을 나타내는 플로우차트이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 대면적 마스크 장치를 나타내는 개략도이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되거나, 층이 다른 층 또는 기판과 결합 또는 접착된다고 언급되는 경우에, 그것은 다른 층 또는 기판상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 층이 개재될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
상단, 하단, 상면, 하면, 전면, 후면, 또는 상부, 하부 등의 용어는 구성요소에 있어 상대적인 위치를 구별하기 위해 사용되는 것이다. 예를 들어, 편의상 도면상의 위쪽을 상부, 도면상의 아래쪽을 하부로 명명하는 경우, 실제에 있어서는 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 상부는 하부로 명명될 수 있고, 하부는 상부로 명명될 수 있다. 또한, 도면의 구성요소는 반드시 축척에 따라 그려진 것은 아니고, 예컨대, 본 발명의 이해를 돕기 위해 도면의 일부 구성요소의 크기는 다른 구성요소에 비해 과장될 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크 제조 방법을 도시한 도면이고, 도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마스크 제조 방법을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 절연체 구조체의 제조 방법을 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크 패턴의 개구부(홀)를 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크 제조 방법을 나타내는 플로우차트이다.
도 2a 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크 제조 방법을 기술하면 다음과 같다.
먼저, 프레임 기판(110)이 마련된다(S210). 프레임 기판은 마스크 장치를 지지하고, 화소가 형성될 대상 기판(이하 대상 기판)에 마스크 장치를 밀착시키는 역할을 한다. 프레임 기판(110)의 재질(물질)은 대상 기판의 재질에 따라 달라질 수 있다.
예를 들어, 대상 기판의 재질이 유리인 경우, 프레임 기판(110) 역시 유리로 형성될 수 있고, 대상 기판의 재질이 실리콘인 경우 프레임 기판(110) 역시 실리콘으로 형성될 수 있다. 이와 같이, 프레임 기판의 재질을 대상 기판과 동일 또는 유사한 재질로 형성하는 경우, 프레임 기판(110)과 대상 기판의 열 팽창계수가 유사하므로 대상 기판에 화소 형성시 오차가 줄어들 수 있다.
일 실시예에서, 프레임 기판(110)은 인바(Invar), 유리, 실리콘 등 일수 있다.
인바는 100% 조성물 가운데 니켈(Ni)이 30-34%, 철(Fe)이 60-68% 포함되고, 망간 등이 소량 함유된 합금일 수 있다. 예컨대, 니켈의 조성률에 따라 인바를 구분하여 칭하기도 하는데, 예를 들어, '인바 32'라면 니켈 32%가 포함된 인바를 칭하는 것일 수 있다.
프레임 기판(110) 상부에 베리어층(barrier layer)(120)을 형성한다(S220). 베리어층(120)은 추후 프레임 기판(110)의 하부 영역을 제거(예를 들어, 식각)할 때 배리어층(120) 상부의 금속도금층(160a, 160b) 및 절연체 구조체(140)를 보호하기 위한 물질로 형성된다. 베리어층(120)의 물질은 프레임 기판(110)의 재질에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 프레임 기판(110)이 인바인 경우 베리어층(120)은 티타늄으로 형성할 수 있고, 프레임 기판(110)이 유리나 실리콘인 경우 베리어층(120)은 크롬 또는 크롬이 함유된 합금으로 형성할 수 있다.
또한, 배리어층(120)의 재질은 프레임 기판(110)을 식각하는 데 사용하는 물질에 따라 달리할 수 있다. 예컨대, 프레임 기판(110)을 염화철(Iron chloride)을 이용하여 에칭한다면, 베리어층(120)은 염화철에 견딜 수 있는 금속(티타늄)이나 혹은 합금으로 형성될 수 있다. 프레임 기판(110)이 유리인 경우 불산(HF) 수용액으로 에칭될 수 있고, 프레임 기판(110)이 실리콘인 경우 불산과 질산 수용액으로 에칭될 수 있다. 이에 따라, 베리어층(120)은 불산 수용액 또는 불산과 질산 수용액에 견딜 수 있는 물질이 사용될 수 있다.
다음으로, 베리어층(120) 상부에 금속박막(예컨대, 구리 박막 또는 니켈 박막)(130)을 형성한다(S230). 일 실시예에서, 스퍼터링(Sputtering) 또는 진공증착에 의해 프레임 기판(110) 상부에 베리어층(120)을 형성하고, 배리어층(120) 상부에 금속 박막(130)을 형성한다.
금속 박막(130)은 추후의 도금공정에서 금속을 성장시키기 위한 시드층(seed layer)으로 사용하기 위한 것으로, 실시예에 따라, 금속 박막(130)은 생략될 수 있다.
다음으로, 금속 박막(130) 상부에 절연체 구조체(140)를 형성한다(S240). 절연체 구조체(140)는 절연 물질, 예를 들어, 포토 레지스트(photo-resist), 혹은 폴리머(polymer) 등으로 형성될 수 있다.
도 2 내지 도 5의 실시예에서는, 금속 박막(130) 상부에 절연체 구조체(140)를 형성하는 실시예를 도시하나, 금속 박막(130)이 생략되는 경우에는 절연체 구조체(140)는 베리어층(120) 상부에 직접 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 금속박막(130) 상부에 소정 높이의 절연층(도 3의 141)을 형성한 후, 절연층(도 3의 141)에서 소정 패턴에 따라 절연체 구조체만 남겨두고 나머지를 제거함으로써 원하는 형상 및 패턴의 절연체 구조체(140)를 형성할 수 있다.
절연체 구조체(140)는 소정의 경사각(TA1)을 가지도록 형성될 수 있다. 경사각(TA1)은 새도우 이펙트를 줄이기 위한 것으로서, 45도 내지 70도 사이의 범위를 가지는 것이 바람직하다.
도 3을 참조하여, 절연체 구조체(140)를 형성하는 실시예를 좀 더 구체적으로 기술하면 아래와 같다.
금속박막(130) 상부에 포토 레지스트(PR: Photoresist)로 소정 높이의 절연층(141)을 형성하고, 절연층(141)에 소정 패턴의 포토 마스크(143)를 밀착시켜 자외선을 쪼이거나 자외선을 사용한 광학계로 빛을 조사함으로써, 절연층(141)을 선택적으로 노광시킨다.　
노광된 영역의 포토 레지스트를 현상액으로 용해하여 제거하면, 노광되지 않은 영역만 남게 되며, 남아 있는 포토 레지스트가 절연체 구조체가 된다.
이 때, 노광할 영역의 광량의 세기를 조절하는 등의 방식으로, 도 3과 같이, 소정의 경사각을 가지는 절연체 구조체(140)를 형성할 수 있다.
예컨대, 현상된 포토 레지스트의 형상은 노광시 광량을 조절함에 따라 일정정도 태이퍼(taper)를 부여하는 것이 가능하며, 또 다른 방식으로는 현상된 포토 레지스트 패턴을 재가열하여 리플로우(reflow)시킴에 따라 소정의 경사각을 지닌 절연체 구조체(140)를 제작하는 것이 가능하다.
절연체 구조체(140)는 바닥면, 즉 금속 박막(130)의 상부면을 기준으로 수직(90도)이 아니라 90도 보다 작은 경사각(TA1)을 가질 수 있다. 이에 따라, 절연체 구조체(140)는 상부의 길이(W1)가 하부의 길이(W2)보다 짧은 형상을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 절연체 구조체(140)의 상부의 길이(W1)는 3um 내지 10um일 수 있다. 그러나, 절연체 구조체(140)의 높이(H1), 및 상부의 길이(W1) 등은 디스플레이 화소의 크기에 의해 결정될 수 있다.
절연체 구조체(140)를 형성하는 다른 실시예로는, 금속박막(130) 상부에 폴리머로 절연층(141)을 형성하고, 레이저를 이용하여 절연체 구조체의 경사각(TA1)에 따라 레이저를 조사하여 폴리머를 식각함으로써 경사각(TA1)을 가지는 절연체 구조체(140)를 형성할 수 있다.
절연체 구조체(140)가 형성되면, 그 다음으로, 금속 박막(130)의 상부에 금속 박막보다 두꺼운 금속 도금층(160a, 161a, 160b, 161b)을 형성한다(S250). 이 때, 금속 박막(130)을 시드층으로 사용하여 금속 도금층(160a, 161a, 160b, 161b)을 형성할 수 있다. 금속 도금층(160a, 161a, 160b, 161b)은 습식 도금 또는 건식 도금을 통해서 형성될 수 있다.
예컨대, 전기도금을 실시하여 금속 도금층(160a, 161a, 160b, 161b)을 성장시킬 수 있다. 금속 도금층(160a, 161a, 160b, 161b)은 니켈 또는 니켈 합금 등으로 형성될 수 있다. 니켈 합금은 니켈에 코발트(Co), 철(Fe), 또는 망간(Mn)이 함유된 합금일 수 있다.
도 2a의 실시예에 따르면, 금속 도금층(160a, 161a)은 절연체 구조체(140)의 높이와 동일하게 형성된다.
도 2b의 실시예에 따르면, 금속 도금층(160b, 161b)은 절연체 구조체(140)의 높이(H1)보다 더 높게 형성된다. 예컨대, 금속 도금층(160b, 161b)의 높이(H2)는 절연체 구조체의 높이(H1) 보다 1um 내지 3um 정도 더 높도록 형성될 수 있다. 즉, 금속 도금층(160b, 161b)의 높이(H2)와 절연체 구조체의 높이(H1)의 차이가 1um 내지 3um가 되도록, 금속 도금층(160b, 161b)의 높이(H2)가 제어될 수 있다.
도 2a에서 '161a'는 절연체 구조체(140) 사이의 금속 도금층을 나타내는 것으로, 외곽의 금속 도금층(160a)과 함께 형성된다. 도 2b에서도 '161b'는 절연체 구조체(140) 사이의 금속 도금층을 나타내는 것으로, 외곽의 금속 도금층(160b)과 함께 형성된다.
도 2b와 같이 절연체 구조체(140)의 높이 보다 금속 도금층(160b, 161b)의 높이가 높은 경우에, 도 2a와 같이 절연체 구조체(140)의 높이 보다 금속 도금층(160b, 161b)의 높이가 비슷하거나 낮은 경우에 비하여 마스크 패턴의 개구부가 더 좁아진다.
상기와 같이 금속 도금층(160a, 161a, 160b, 161b)을 형성한 후, 하부 에칭을 통해, 프레임 기판(110)의 특정 영역을 제거한다(S260). 예컨대, 식각 공정(etching)을 이용하여, 절연체 구조체(140)가 형성된 영역(이를 마스크 패턴 영역이라 함)(150)의 하부 프레임 기판을 식각할 수 있다.
일 실시예에서, 용액성 화학물질을 사용한 등방성 습식 식각(wet etching)으로 프레임 기판의 특정 영역을 제거할 수 있다. 여기서 특정 영역이란 프레임 기판(110)에서 마스크 패턴 영역(150)에 해당하는 영역, 즉 마스크 패턴 영역(150)을 노출하기 위해 필요한 영역이다.
프레임 기판(110) 식각시, 베리어층(120)은 베리어층 상부의 금속 도금층(160a, 161a, 160b, 161b)에 대한 손상을 방지한다. 즉, 베리어층(120)에 의해, 프레임 기판(110)의 식각으로 인하여 금속 도금층(160a, 161a, 160b, 161b)에 발생될 수 있는 손상이 방지된다.
프레임 기판(110)을 식각한 후, 마스크 패턴 영역(150)에 해당하는 베리어층(120) 및 금속 박막(130) 역시 식각한다(S270). 즉, 프레임 기판(110)의 제거로 인하여 노출된 베리어층(120) 및 해당 베리어층(120) 상부의 금속 박막(130)을 제거한다(S270). 일 실시예에서, 베리어층(120) 및 금속 박막(130)의 식각을 위하여, 불산(HF)이 사용될 수 있다.
예를 들어, 묽은 불산 수용액을 사용하여 베리어층(120)과 베리어층(120) 상부의 금속 박막(예컨대, 구리 박막)(130)을 화학적으로 식각할 수 있다.
다음으로, 절연체 구조체(140)를 제거한다(S280).
일 실시예에서, 절연체 구조체(140)가 폴리머인 경우, 아세톤이나 박리액을 사용하여 절연체 구조체를 제거할 수 있다.
절연체 구조체(140)가 제거되면, 절연체 구조체(140)가 있던 영역에는 소정의 경사각(TA2)을 가지는 개구부(홀)(170)이 형성된다. 개구부(170)의 경사각(TA2)는 절연체 구조체(140)의 경사각(TA1)과 동일하다. 개구부(170)의 경사각(TA2)이 90도 보다 작으므로, 개구부(170)는 상부가 좁고 하부가 넓은 형상을 가진다.
이에 따라, 마스크 패턴 영역(150)에 대응하여 식각된 프레임 기판(110) 및 베리어층(120) 위에 금속층이 있고, 금속층에 특정 패턴의 홀(개구부)을 가지는 마스크 패턴 영역(150)이 있는 금속 마스크가 만들어진다.
실시예에 따라, 도 6의 공정 단계들 중 둘 이상의 공정들이 병렬적으로 수행될 수도 있고, 공정 순서가 변경될 수도 있다. 예를 들어, 절연체 구조체(140)를 제거하는 단계(S280)는 프레임 기판의 식각 단계(S260) 또는 베리어층 및 금속박막의 식각 단계(S270) 이전에 수행될 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의하면, 금속 기판(예컨대, 인바 기판)에 마스크 패턴용 홀을 형성하는 것이 아니라, 프레임 기판의 베리어층(또는 금속박막) 상부에 절연체 구조체(140)를 먼저 형성하고, 절연체 구조체(140) 사이 및 절연체 구조체(140)의 외곽에 금속 도금층(160a, 161a, 160b, 161b)을 형성한 후, 절연체 구조체(140)를 제거함으로써, 마스크 패턴용 개구부(홀)을 형성한다.
절연체 구조체(140)는 포토 레지스트나 폴리머와 같은 절연물로 구성되므로 가공하기가 쉬워, 정밀한 구조체의 형성이 가능하다. 따라서, 정밀한 절연체 구조체(140)의 제거시, 미세한 패턴의 홀을 형성할 수 있다.
만약 인바에 직접 등방성 에칭으로 마스크 패턴의 개부부(홀)을 형성한다면, 미세한 홀을 형성하기 어렵다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 대면적 마스크 장치(100)를 나타내는 개략도이다. 도 6의 마스크 장치(100)는 도 2b 내지 도 5에 도시된 마스크 제조 방법에 의해 제조될 수 있다.
도 6의 (a)를 참조하면, 본 발명의 대면적 마스크 장치(100)의 금속 도금층(160b)에는 복수의 마스크 패턴 영역(150)이 형성될 수 있다. 마스크 패턴 영역(150)은 스마트폰 등의 디스플레이 장치 하나에 대응하는 영역일 수 있다. 마스크 장치(100)의 금속도금층(160b)의 하부에는 복수의 마스크 패턴 영역(150)에 대응하여 식각된 프레임 기판(110)이 있으며, 프레임 기판(110)과 금속도금층(160b) 사이에는 베리어층(120)이 존재한다. 베리어층(120) 역시 복수의 마스크 패턴 영역(150)에 대응하여 식각되어 있다.
따라서, 프레임 기판(110) 및 베리어층(120)의 식각된 부분을 통해, 복수의 마스크 패턴 영역(150)이 노출된다.
도 6의 (b) 및 (c)는 하나의 마스크 패턴 영역(150)을 확대하여 도시한다.
도 6의 (b)는 마스크 패턴 영역(150)의 평면도이고, 도 6의 (c)는 마스크 패턴 영역(150)의 저면도이다. 도 6의 (b) 및 (c)를 참조하면, 마스크 패턴 영역(150)은 복수의 홀을 가지며, 각 홀은 하부면이 상부면에 비하여 넓은 구조를 가진다.
도 6의 (d)는 도 6의 (b) 및 (c)의 A-A' 확대 측단면도이다.
본 발명의 마스크 장치(100)는 프레임 기판 및 베리어층(120) 상부에 특정 범위 내의 경사각을 가지는 미세한 복수의 절연체 구조체(140)를 형성하고, 그 절연체 구조체(140)를 제거하여 마스크 패턴용 홀을 제작함으로써, 상부면에 비하여 하부면이 넓은 홀을 가지는 마스크 패턴을 만들 수 있다.
이러한 홀들을 가지는 마스크 장치에 의하면, 새도우 이펙트가 줄어들어, 균일한 두께를 가지는 화소 패턴을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 프레임 기판(110)을 열변형이 적은 재질, 예컨대 열팽창 계수가 1- 4ppm 의 재질을 사용하거나, 화소가 형성될 대상 기판과 열팽창계수가 비슷한 재질을 사용함으로써, 마스크 장치의 열변형을 줄이고, 이에 따라, 대상 기판에 화소 형성시 오차를 줄일 수 있다.
이상에서는 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
100: 마스크 장치
110: 프레임 기판
120: 베리어층(barrier layer)
130: 금속박막
140: 절연체 구조체
141: 절연층
143: 포토 마스크
150: 마스크 패턴 영역
160a, 160b: 금속 도금층
170: 개구부(홀)

Claims (8)

  1. 대면적의 기판상에 다수의 소자를 제조하기 위해 사용되는 박막패턴 형성용 마스크 장치의 제조방법에 있어서,
    프레임 기판의 상부에 베리어층을 형성하는 단계;
    상기 베리어층의 상부에 금속시드층을 형성하는 단계;
    상기 금속시드층의 상부의 소정의 마스크 패턴 영역에 복수의 절연체 구조체를 형성하는 단계;
    상기 금속시드층의 상부에 습식 또는 건식 도금에 의한 금속도금층을 형성하는 단계;
    상기 프레임 기판 중 상기 마스크 패턴 영역에 상응하는 영역을 식각하는 단계;
    상기 베리어층에서 상기 프레임 기판의 식각에 의해 노출되는 영역을 제거하는 단계; 및
    상기 노출되는 영역을 제거한 후, 상기 복수의 절연체 구조체를 제거하여 복수의 홀들을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 절연체 구조체 각각은 소정의 경사각을 가지도록 형성되는 마스크 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 홀 각각은
    상기 절연체 구조체의 제거에 따라 상기 상기 절연체 구조체의 경사각과 동일한 경사각을 가지는 것을 특징으로 하는 마스크 장치의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 소정의 경사각은
    45도 내지 70도 사이인 것을 특징으로 하는 마스크 장치의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 금속도금층은
    상기 금속 도금층의 높이가 상기 절연체 구조체의 높이 보다 1um 내지 3um 더 높도록 형성되는 것을 특징으로 하는 마스크 장치의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 베리어층은
    상기 프레임 기판의 식각으로 인한 상기 금속도금층의 손상을 방지하는 것을 특징으로 하는 마스크 장치의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 프레임 기판의 재질은 인바이고,
    상기 베리어층은 티타늄으로 형성되는 것을 특징으로 하는 마스크 장치의 제조 방법.
  7. 대면적의 기판상에 다수의 소자를 제조하기 위해 사용되는 박막패턴 형성용 마스크 장치에 있어서,
    상기 다수의 소자 각각에 대응하기 위해 분리되어 형성된 복수의 마스크 패턴 영역;
    상기 복수의 마스크 패턴 영역에 대응하여 식각된 프레임 기판;
    상기 프레임 기판의 상부에 형성되고, 상기 복수의 마스크 패턴 영역에 대응하여 식각된 베리어층; 및
    상기 베리어층의 상부에 형성된 금속층을 포함하며,
    상기 복수의 마스크 패턴 영역은 상기 금속층에 형성되어 상기 프레임 기판 및 상기 베리어층의 식각된 영역을 통하여 노출되고,
    상기 복수의 마스크 패턴 영역은 90도 미만의 경사각을 갖는 복수의 홀을 가지는 마스크 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 홀은 각각은 소정의 경사각을 가지도록 형성된 복수의 절연체 구조체의 제거에 의해 형성되며,
    상기 복수의 홀 각각은 상기 절연체 구조체의 제거에 따라 상기 절연체 구조체의 경사각과 동일한 경사각을 가지는 것을 특징으로 하는 마스크 장치.
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