KR20230112952A - 프레임 일체형 마스크의 제조 방법 및 프레임 일체형 마스크 - Google Patents

프레임 일체형 마스크의 제조 방법 및 프레임 일체형 마스크 Download PDF

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KR20230112952A
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Abstract

본 발명은 프레임 일체형 마스크의 제조 방법 및 프레임 일체형 마스크에 관한 것이다. 본 발명에 따른 프레임 일체형 마스크의 제조 방법은, OLED 화소 형성 공정에 사용되며, 마스크와 마스크를 지지하는 프레임이 일체로 형성된 프레임 일체형 마스크의 제조 방법으로서, (a) 마스크 금속막 및 템플릿이 접착된 마스크 지지 템플릿을 준비하는 단계 - 상기 마스크 금속막은 상기 템플릿과 접착된 제1 면에 대향하는 제2 면 상에 그리드 패턴부가 형성되고, 상기 그리드 패턴부 상에 소정의 깊이를 가지는 제1 마스크 패턴이 형성됨 -; (b) 상기 마스크 금속막의 상기 제2 면을 상기 프레임에 대응시키고, 상기 제1 마스크 패턴이 형성된 마스크 셀부를 제외한 더미부의 적어도 일부를 프레임에 부착하는 단계; (c) 상기 템플릿을 마스크 금속막으로부터 분리하는 단계; (d) 상기 마스크 금속막의 상기 제1 면 상에서 상기 마스크 셀부의 두께를 감축하여 상기 제1 마스크 패턴을 상기 제1 면 측에 노출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

프레임 일체형 마스크의 제조 방법 및 프레임 일체형 마스크 {PRODUCING METHOD OF MASK INTEGRATED FRAME AND MASK INTEGRATED FRAME}
본 발명은 프레임 일체형 마스크의 제조 방법 및 프레임 일체형 마스크에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 반도체 웨이퍼 상에 화소를 형성할 때 사용하고, 초고해상도의 마스크 패턴이 정밀하게 형성할 수 있는 프레임 일체형 마스크의 제조 방법 및 프레임 일체형 마스크에 관한 것이다.
OLED 제조 공정에서 화소를 형성하는 기술로, 박막의 금속 마스크(Shadow Mask)를 기판에 밀착시켜서 원하는 위치에 유기물을 증착하는 FMM(Fine Metal Mask) 법이 주로 사용된다.
기존의 OLED 제조 공정에서는 마스크 박막을 제조한 후, 마스크를 OLED 화소 증착 프레임에 용접 고정시켜 사용하는데, 고정시키는 과정에서 대면적 마스크의 정렬이 잘 되지 않는 문제점이 있었다. 또한, 프레임에 용접 고정하는 과정에서 마스크 막의 두께가 너무 얇고 대면적이기 때문에 하중에 의해 마스크가 처지거나 뒤틀어지는 문제점이 있었다.
초고화질의 OLED 제조 공정에서는 1㎛ 이하의 미세한 정렬의 오차도 화소 증착의 실패로 이어질 수 있으므로, 마스크가 처지거나 뒤틀리는 등의 변형을 방지하고, 정렬을 명확하게 할 수 있는 기술 등의 개발이 필요한 실정이다.
한편, 최근에는 VR(virtual reality) 기기에 적용되는 마이크로 디스플레이(micro display)가 주목받고 있다. 마이크로 디스플레이는 VR 기기에서 사용자의 바로 눈 앞에서 영상을 나타내기 위해, 기존의 디스플레이들보다 더욱 작은 화면 크기를 가지면서도, 작은 화면 내에서 고화질을 구현해야 한다. 따라서, 기존의 초고화질의 OLED 제조 공정에 사용되는 마스크보다 크기가 작은 마스크 패턴과, 화소 증착 공정 전에 마스크의 더욱 미세한 정렬이 필요한 실정이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 마이크로 디스플레이(micro display)의 초고화질 화소를 구현할 수 있는 프레임 일체형 마스크의 제조 방법 및 프레임 일체형 마스크를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 마스크의 정렬을 명확하게 하여 화소 증착의 안정성을 향상시킬 수 있는 프레임 일체형 마스크의 제조 방법 및 프레임 일체형 마스크를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 그리드가 일체화된 마스크를 형성하여 마스크의 강도를 향상시킬 수 있는 프레임 일체형 마스크의 제조 방법 및 프레임 일체형 마스크를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 상기의 목적은, OLED 화소 형성 공정에 사용되며, 마스크와 마스크를 지지하는 프레임이 일체로 형성된 프레임 일체형 마스크의 제조 방법으로서, (a) 마스크 금속막 및 템플릿이 접착된 마스크 지지 템플릿을 준비하는 단계 - 상기 마스크 금속막은 상기 템플릿과 접착된 제1 면에 대향하는 제2 면 상에 소정의 깊이를 가지는 셀 패턴부가 형성됨 -; (b) 상기 마스크 금속막의 상기 제2 면을 중공 영역이 형성된 프레임에 대응시키고, 상기 셀 패턴부가 형성된 부분을 제외한 더미부의 적어도 일부를 상기 프레임에 부착하는 단계; (c) 상기 템플릿을 상기 마스크 금속막으로부터 분리하는 단계; (d) 상기 마스크 금속막의 상기 제1 면 상에서부터 마스크 패턴을 형성하는 단계;를 포함하는, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법에 의해 달성된다.
상기 (b) 단계에서, 레이저 용접으로 상기 마스크 금속막의 상기 더미부의 적어도 일부를 상기 프레임에 부착할 수 있다.
상기 (d) 단계에서 형성된 마스크 패턴은 상기 제1 면 측에 형성된 폭보다 상기 제2 면 측에 형성된 폭이 작을 수 있다.
상기 (d) 단계 이후, 상기 프레임의 중공 영역 내 및 상기 제2 면 상에 OLED 화소 증착의 대상 기판의 배치 영역이 제공될 수 있다.
상기 (d) 단계 이후, 상기 프레임을 통과하는 임의의 수평 선은 상기 OLED 화소 증착의 대상 기판의 배치 영역에 중첩될 수 있다.
상기 OLED 화소 증착의 대상 기판은 반도체 웨이퍼일 수 있다.
상기 (d) 단계는, (d1) 상기 제1 면 상에 패턴화된 절연부를 형성하는 단계; (d2) 상기 패턴화된 절연부 사이 공간을 통해 상기 마스크 금속막을 식각하여 상기 마스크 패턴을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 식각 방법은 습식 식각이고, 상기 절연부 사이 폭보다 상기 마스크 패턴의 상기 제1 면 측에 형성된 폭이 클 수 있다.
상기 (c) 단계와 상기 (d) 단계 사이에, (c-2) 상기 마스크 금속막의 상기 제1 면 상에 소정의 깊이를 가지는 그리드 패턴부를 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
(d) 단계에서, 상기 그리드 패턴부가 형성된 상기 제1 면 상에서부터 상기 마스크 패턴을 형성할 수 있다.
상기 그리드 패턴부는 상기 마스크 금속막 상의 단위 셀들을 구획하는 형태로, 상기 마스크 금속막을 두께 방향으로 관통하지 않게 25㎛ 내지 40㎛의 깊이로 형성될 수 있다.
상기 (a) 단계에서 상기 셀 패턴부가 형성된 영역의 상기 마스크 금속막의 두께는 2㎛ 내지 12㎛일 수 있다.
그리고, 본 발명의 상기의 목적은, OLED 화소 형성 공정에 사용되며, 마스크와 마스크를 지지하는 프레임이 일체로 형성된 프레임 일체형 마스크로서, 제1 면 및 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 가지고, 마스크 패턴이 형성된 마스크; 및상기 제2 면의 상기 마스크 패턴이 형성된 마스크 셀부를 제외한 더미부의 적어도 일부에 부착되고, 중공 영역이 형성된 프레임;을 포함하고, 상기 마스크 패턴은 상기 제1 면 측에 형성된 폭보다 상기 제2 면 측에 형성된 폭이 작은, 프레임 일체형 마스크에 의해 달성된다.
상기 프레임의 중공 영역의 형태는 OLED 화소 증착의 대상이 되는 대상 기판이 수용되는 형태로 형성되고, 상기 프레임의 중공 영역 내 및 상기 제2 면 상에 OLED 화소 증착의 대상 기판의 배치 영역이 제공될 수 있다.
상기 프레임의 중공 영역의 형태는 OLED 화소 증착의 대상이 되는 대상 기판이 수용되는 형태로 형성되고, 상기 프레임을 통과하는 임의의 수평 선은 상기 OLED 화소 증착의 대상 기판의 배치 영역에 중첩될 수 있다.
상기 마스크는 상기 제2 면 상에 그리드부가 더 형성되며, 상기 그리드부는 적어도 상기 마스크 셀부에서의 단위 셀들을 구획하는 형태로 형성될 수 있다.
상기 그리드부는, 상기 더미부의 영역에 형성되는 테두리 그리드; 제1 방향으로 연장 형성되고 양단이 상기 테두리 그리드에 연결되는 복수의 제1 그리드; 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 연장 형성되어 상기 제1 그리드와 교차되고, 양단이 상기 테두리 그리드에 연결되는 복수의 제2 그리드부;를 포함할 수 있다.
상기 제1 면에서 상기 제2 면 방향으로 상기 더미부의 적어도 일부를 지지하는 기판지지부를 더 포함할 수 있다.
상기 더미부에 핀관통구가 형성되고, 상기 기판지지부 상에 형성된 지지핀이 상기 핀관통구를 통해 OLED 화소 형성 공정의 대상 기판을 지지할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 마이크로 디스플레이(micro display)의 초고화질 화소를 구현할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 마스크의 정렬을 명확하게 하여 화소 증착의 안정성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 그리드가 일체화된 마스크를 형성하여 마스크의 강도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 일체형 마스크를 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 일체형 마스크의 마스크 부분을 나타내는 개략도이다.
도 3은 도 2의 E-E' 단면으로서, 본 발명의 여러 실시예에 따른 마스크를 나타내는 개략 측단면도이다.
도 4는 마스크의 양면을 습식 식각하여 마스크 패턴을 형성하는 과정을 나타내는 개략도이다.
도 5는 도 4의 공정 수행 시의 문제점을 나타내는 개략도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 일체형 마스크를 제조하는 과정을 나타내는 개략도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 OLED 화소 증착을 위해 프레임 일체형 마스크와 대상 기판을 접촉한 상태를 나타내는 개략도이다.
도 9는 비교예에 따른 OLED 화소 증착을 위해 프레임 일체형 마스크와 대상 기판을 접촉한 상태를 나타내는 개략도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 프레임 일체형 마스크를 제조하는 과정을 나타내는 개략도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 프레임 일체형 마스크를 제조하는 과정을 나타내는 개략도이다.
도 12는 본 발명의 프레임 일체형 마스크를 적용한 OLED 화소 증착 장치를 나타내는 개략도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 일체형 마스크(10)를 나타내는 개략도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 일체형 마스크(10)의 마스크(20) 부분을 나타내는 개략도이다. 도 1의 (a)는 프레임 일체형 마스크(10)의 저면 사시도, (b)는 A-A' 측단면도, 도 2의 (a)는 마스크(20)의 정면도, (b)는 B-B' 측단면도를 나타낸다. 도 3은 도 2의 E-E' 단면으로서, 본 발명의 여러 실시예에 따른 마스크를 나타내는 개략 측단면도이다.
최근에 VR(virtual reality) 기기에 적용되는 마이크로 디스플레이(micro display)는 대면적의 기판이 아닌, 반도체 웨이퍼, 실리콘 웨이퍼와 같은 대상 기판(900)[도 12 참조]에 대하여 화소 증착 공정을 수행할 수 있다. 마이크로 디스플레이는 화면이 사용자의 눈 앞에 바로 위치하게 되므로, 대면적의 크기보다는 약 1 ~ 2인치 크기 정도로 작은 화면을 가지게 된다. 이에 더하여, 사용자의 눈 앞에 가까이 위치하기 때문에 해상도는 더욱 높게 구현될 필요가 있다.
따라서, 본 발명은 일변의 길이가 1,000m를 넘는 대면적의 대상 기판에 대한 화소 형성 공정에서 사용하기 보다는, 200mm, 300mm, 450mm 급의 반도체 웨이퍼 대상 기판(900) 상에서 화소 형성 공정을 진행하되 초고화질로서 화소를 형성할 수 있는 프레임 일체형 마스크(10)의 제조 방법 및 프레임 일체형 마스크(10)를 제공하는 것을 목적으로 한다.
예를 들어, 현재 QHD 화질의 경우는 500~600 PPI(pixel per inch)로 화소의 크기가 약 30~50㎛에 이르며, 4K UHD, 8K UHD 고화질의 경우는 이보다 높은 ~860 PPI, ~1600 PPI 등의 해상도를 가지게 된다. VR 기기에 직접 적용되는 마이크로 디스플레이, 또는 VR 기기에 끼워서 사용되는 마이크로 디스플레이는 약 2,000 PPI 이상급의 초고화질을 목표로 하고 있고, 화소의 크기는 약 5~10㎛ 정도에 이르게 된다. 반도체 웨이퍼, 실리콘 웨이퍼의 경우, 반도체 공정에서 개발된 기술을 활용하여 유리기판에 비해 미세하고 정밀한 공정이 가능하므로 고해상도 마이크로 디스플레이의 기판으로 채용될 수 있다. 본 발명은 이러한 반도체 웨이퍼 상에 화소를 형성할 수 있는 프레임 일체형 마스크(10)인 것을 특징으로 한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명은 반도체 웨이퍼를 대상 기판(900)[도 12 참조]으로 하여 화소 증착 공정을 수행하기 위해, 마스크(20)가 반도체 웨이퍼(또는, 실리콘 웨이퍼)에 대응하는 형상을 가지는 것을 특징으로 한다. 마스크(20)의 형상이 반도체 웨이퍼에 대응한다는 의미는, 마스크(20)가 반도체 웨이퍼와 동일한 크기 및 형상을 가지거나, 반도체 웨이퍼와 크기 및 형상은 상이하지만 적어도 동축을 이루고 마스크 패턴(P)이 반도체 웨이퍼의 형상 내에 배치되는 상태까지 포함하는 것임을 밝혀둔다. 또한, 반도체 웨이퍼에 대응하는 형상을 가진 마스크(20)는 프레임(30)과 일체로 연결되어 마스크 정렬을 명확하게 하는 것을 특징으로 한다.
프레임 일체형 마스크(10)는 마스크(20) 및 프레임(30)을 포함하고, 프레임(30)의 일부 표면에 마스크(20)가 부착될 수 있다. 마스크(20) 중 프레임(30)에 부착되지 않고 마스크 패턴(P)이 형성된 부분을 마스크 셀부(20a), 프레임(30)에 일부 부착된 부분을 더미부(20b)로 나타낸다. 마스크 셀부(20a)와 더미부(20b)는 형성된 위치에 따라 명칭과 부호를 달리 기재하였지만, 마스크 셀부(20a)와 더미부(20b)는 분리된 영역이 아니며, 동일한 재질을 가지며 일체로 연결되는 구성이다. 다시 말해, 마스크 셀부(20a)와 더미부(20b)는 압연(rolling), 전주 도금(electroforming) 등의 공정에서 동시에 형성되는 마스크(20: 20a, 20b)의 각 부분이다. 이하의 설명에서 마스크 셀부(20a), 더미부(20b)는 마스크(20: 20a, 20b)와 혼용되어 사용될 수 있다.
마스크(20)는 인바(invar) 또는 슈퍼 인바(super invar) 재질인 것이 바람직하고, 원형의 실리콘 웨이퍼에 대응하도록 원형의 형상일 수 있다. 마스크(20)는 200mm, 300mm, 450mm 등의 실리콘 웨이퍼에 상응하거나 큰 크기를 가질 수 있다.
종래의 마스크는 대면적 기판에 대응하도록 사각, 다각형 등의 형태를 가진다. 그리고, 이 마스크에 대응하도록 프레임도 사각, 다각형 등의 형태를 가지게 되며, 마스크가 각진 모서리를 포함하므로, 모서리에 스트레스(stress)가 집중되는 문제점이 발생할 수 있다. 스트레스가 집중되면 마스크의 일부분에만 다른 힘이 작용하게 되므로, 마스크가 뒤틀리거나 일그러질 수 있고, 이는 화소 정렬의 실패로 이어질 수 있다. 특히나, 2,000 PPI 이상의 초고화질에서는 마스크의 모서리에 스트레스가 집중되는 것을 피해야 한다.
따라서, 본 발명의 마스크(20)는 원형의 형상을 가짐에 따라, 모서리를 포함하지 않는 것을 특징으로 한다. 모서리가 없으므로, 마스크(20)의 특정 부분에 다른 힘이 작용하게 되는 문제를 해소할 수 있고, 원형 테두리를 따라서 스트레스가 균일하게 분산될 수 있다. 이에 따라, 마스크(20)가 뒤틀리거나 일그러지지 않고, 화소 정렬을 명확히 하는데 기여할 수 있게 되며, 2,000 PPI 이상의 마스크 패턴(PP)을 구현할 수 있는 이점을 지닌다. 본 발명은 열팽창계수가 낮은 원형의 실리콘 웨이퍼와, 스트레스가 테두리를 따라 균일하게 분산되는 원형의 마스크(20)를 대응시켜 화소 증착 공정을 수행함에 따라, 약 5~10㎛ 정도에 이르는 화소를 증착할 수 있게 된다.
도 2의 (a) 및 도 3의 (a)를 참조하면, 마스크 셀부(20a)에는 복수의 마스크 패턴(P)이 형성될 수 있다. 마스크 패턴(P)은 R, G, B에 대응하는 복수의 화소 패턴(P)이다. 마스크 패턴(P)들은 측부가 기울어진 형상, 테이퍼(Taper) 형상, 또는 상부에서 하부로 갈수록 패턴 폭이 넓어지는 형상을 가질 수 있다. 수많은 마스크 패턴(P)들은 군집을 이루어 디스플레이 셀(C) 하나를 구성할 수 있다. 디스플레이 셀(C)은 대각선의 길이가 약 1~2인치 정도로, 하나의 디스플레이에 대응하는 영역이다. 또는, 디스플레이 셀(C)은 복수의 디스플레이에 대응하는 영역일 수도 있다.
복수의 셀(C)은 제1 방향(x축 방향) 및 제1 방향에 수직하는 제2 방향(y축 방향)으로 상호 소정의 간격을 두고 배치될 수 있다. 도 2에서는 21개의 셀(C)이 제1, 2 방향을 따라 배치된 것이 도시되나, 이에 제한되지는 않는다. 셀(C) 사이에는 구획부(SR)가 배치될 수 있다. 셀(C) 및 구획부(SR)는 프레임(30)의 중공 영역(R)에 대응하는 위치에 배치될 수 있다. 셀(C) 및 구획부(SR)는 마스크 셀부(20a)를 구성하며, 더미부(20b)보다 중심부에 배치되는 부분이다.
더미부(20b)는 테두리가 원형 형상 또는 반도체 웨이퍼에 대응하는 형상으로 마스크(20)의 외곽 형상을 정의할 수 있다. 더미부(20b)의 적어도 일부가 프레임(30) 상에 연결될 수 있다.
도 2(b)는 도 2(a)의 B-B' 측단면도이다. 마스크 패턴(P)은 대략 테이퍼 형상을 가질 수 있고, 패턴 폭은 수 내지 십수㎛의 크기, 바람직하게는 약 5~10㎛의 크기(2,000 PPI 이상의 해상도)로 형성될 수 있다. 마스크 패턴(P)은 PR을 통한 패터닝, 레이저 가공 등을 통해 형성될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 3 (b)를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 마스크(20)는 하부면(전면) 상에 그리드부(21, 23, 25)가 더 형성되는 것을 특징으로 한다. 그리드부(21, 23, 25)는 더미부(20b)의 영역에 형성되는 테두리 그리드(21), 제1 방향으로 연장 형성되고 양단이 테두리 그리드(21)에 연결되는 복수의 제1 그리드(23), 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 연장 형성되어 제1 그리드(23)와 교차되고, 양단이 테두리 그리드(21)에 연결되는 복수의 제2 그리드부(25)를 포함할 수 있다. 제1 그리드(23)들은 각각 상호 간격을 이루며 평행하게 배치되고, 제2 그리드(25)들은 각각 상호 간격을 이루며 평행하게 배치된다. 즉, 그리드부(21, 23, 25)는 두께, 폭의 차이는 있을 수 있으나, 전체적인 형태는 마스크(20)의 더미부(20b) 및 구획부(SR)에 대응할 수 있다.
그리드부(21, 23, 25)는 마스크(20)에 일체화 된 부분이다. 또한, 그리드부(21, 23, 25)는 마스크(20)의 마스크 패턴(P)이 형성된 부분의 두께보다 더 두껍게 돌출 형성될 수 있다.
테두리 그리드(21)도 마스크(20)의 외형처럼 테두리가 원형의 형상을 가지고 더 두껍게 형성되므로, 테두리 그리드(21)의 특정 부분에 다른 힘이 작용하게 되는 문제를 해소할 수 있다. 그리고, 원형 테두리를 따라서 스트레스가 균일하게 분산될 수 있다. 이에 따라, 마스크(20)가 뒤틀리거나 일그러지지 않는데 기여할 수 있다. 이러한 원형의 테두리 그리드(21)가 원형의 마스크(20)에 더 형성되므로, 스트레스를 더욱 효과적으로 분산시킬 수 있는 효과가 있다.
그리드부(21, 23, 25)는 마스크 패턴(P)이 형성된 부분의 두께보다 더 두껍게 돌출 형성되므로, OLED 화소의 증착이 실질적으로 수행되는 셀(C)을 가리지 않으면서도, 마스크(20)의 구획부(SR)와 더미부(20b)를 전체적으로 지지할 수 있다. 따라서, 매우 얇은 두께의 마스크(20)가 셀(C) 및 구획부(SR)에서 처짐이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 더하여, 그리드부(21, 23, 25)는 마스크(20)의 강성을 보강하여 매우 얇은 마스크(20)의 강도가 낮아 찢어지거나 마스크 패턴(P)의 위치 정밀도가 틀어지는 것을 방지할 수 있다. 결국, 마스크(20) 및 그리드 시트부(30)가 뒤틀리지 않고 화소 정렬을 명확히 하는데 기여할 수 있게 되며, 2,000 PPI 이상의 고해상도를 구현할 수 있는 효과가 있다.
프레임(30)은 마스크(20)의 더미부(20b)의 적어도 일부에 부착될 수 있다. 더 상세하게는, 마스크(20)에서 마스크 패턴(P)이 형성된 영역인 마스크 셀부(20a)의 영역을 제외한 나머지 영역인 더미부(20b)의 적어도 일부가 프레임(30)에 부착될 수 있다.
프레임(30)에는 가운데가 개구된 중공 영역(R)이 형성될 수 있다. 중공 영역(R)은 마스크(20)가 쳐지거나 뒤틀리지 않게 팽팽하게 지지할 수 있도록 마스크(20)의 더미부(20b)에 대응하는 형상인 것이 바람직하다. 이에 따라 중공 영역(R)은 원 형상일 수 있다.
한편, 도 1에서는 전체적으로 사각 형태의 프레임(30)에 원 형상의 중공 영역(R)이 형성된 실시예가 도시되나, 프레임(30)은 제1 프레임 상에 원 형상의 중공 영역(R)이 형성된 링 형상의 제2 프레임부가 연결된 형태일 수도 있다. 제1 프레임이 제2 프레임의 상부에서 일체로 연결되는 형상이라면, 원형판, 사각판, 원형 링 형상, 사각 링 형상 등의 중공 영역(R)을 제공하기 위해 가운데가 비어있는 범위 내에서 다양한 형상을 가질 수 있다.
마스크(20)의 외주 방향을 따라, 프레임(30)에 부착된 마스크(20)[더미부(20b)]의 폭은 일정할 수 있다. 즉, 원형 마스크(20)의 테두리[더미부(20b)] 모든 부분과 프레임(30)이 부착되는 면적이 일정할 수 있다. 마스크(20) 테두리의 모든 부분에서 프레임(30)과 부착되는 면적이 일정하게 되므로, 스트레스가 균일하게 분산되는 효과를 가지며, 마스크(20)를 원형으로 형성함에 따라 스트레스가 균일하게 분산되는 효과가 더욱 향상될 수 있다.
설명의 편의상, 도면에는 마스크(20)의 두께를 과장하여 도시하였으나, 프레임(30)의 두께는 마스크(20)의 두께보다 훨씬 두꺼울 수 있다. 프레임(30)은 프레임 일체형 마스크(10)의 전체 강성을 담당하기 때문에 수 mm 내지 수 cm의 두께로 형성될 수 있다. 마스크(20)의 두께, 특히 마스크 셀부(20a)의 두께는 약 12보다 얇게 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 프레임 일체형 마스크(10)는, 마스크(20)가 프레임(30)과 일체로 연결되므로, 프레임(30)만을 OLED 화소 증착 장치(200)[도 12 참조]로 이동하고 설치하는 과정만으로 마스크(20)의 정렬이 완료될 수 있다.
도 4는 마스크(20)의 양면을 습식 식각하여 마스크 패턴(P)을 형성하는 과정을 나타내는 개략도이다. 도 5는 도 4의 공정 수행 시의 문제점을 나타내는 개략도이다.
마스크 패턴(P)의 해상도가 고해상도로 갈수록 마스크(20)의 두께는 얇아진다. 얇은 두께의 마스크(20)에서 고해상도의 마스크 패턴(P)을 형성하기 위해, 한쪽 면 상에서만 마스크 패턴(P)을 형성하지 않고, 도 4과 같이 양쪽 면 상에서 마스크 패턴(P)을 형성하는 공정이 이용될 수 있다.
도 4(a)를 참조하면, 제1 지지판(40) 상에 마스크(20)를 지지시키고 제1 패턴(P1)을 형성한다. 제1 패턴(P1)은 후술할 제2 패턴(P2)보다 작은 폭으로 마스크(20)를 관통하지 않을 정도로 얇게 형성한다. 이어서, 도 4(b)를 참조하면, 마스크(20)를 다른 제2 지지판(45)으로 전사한다. 제2 지지판(45) 상에는 PR과 같은 절연부(23)가 형성되고, 절연부(23)를 개재하여 제1 패턴(P1)이 형성된 마스크(20)의 면이 제2 지지판(45) 상에 접착된다. 절연부(23)는 제1 패턴(P1)에 채워진다. 이어서, 도 4(c)를 참조하면, 제2 패턴(P2)을 형성한다. 제2 패턴(P2)은 제1 패턴(P1)보다 큰 폭으로 형성되고, 제2 패턴(P2)은 제1 패턴(P1)에 닿는 깊이로 깊게 형성한다. 제1, 2 패턴(P1, P2)이 연결된 마스크 패턴(P)은 마스크(20)를 관통할 수 있다. 이어서, 도 4(d)를 참조하면 제2 지지판(45)과 절연부(23)를 제거하여 마스크 패턴(P: P1, P2)이 형성된 마스크(20)의 제조가 완료된다.
위와 같이, 마스크(20)의 양면을 식각하여 마스크 패턴(P)을 형성하는 공정은 미세한 패턴을 형성할 수 있는 공정이다. 하지만, 약 2,000 PPI 급의 초고화질을 구현할 수 있는 마스크(20)는 두께가 약 12㎛보다 얇아지므로, 매우 얇은 마스크 막 자체에서 영역 별로 텐션(tension)이 달라지는 문제가 발생한다.
도 4(a), 도 4(b)의 공정을 수행한 후, 제2 지지판(45)에 전사하여 제2 패턴(P2)을 형성할 수 있다. 하지만, 두께가 약 12㎛보다 얇은 마스크 막은 제2 지지판(45) 상에서 영역 별로 텐션이 달라지므로 제1 패턴(P1)과 제2 패턴(P2)의 중심이 정확히 정렬되지 않는 문제가 나타날 수 있다. 제1 패턴(P1)과 동일한 중심에 맞추에 제2 패턴(P2)을 형성하여야 하나, 마스크 막의 전체에 걸쳐 균일한 텐션이 작용하지 않으므로, 제2 패턴(P2) 형성 시 제1 패턴(P1)들의 상호 간격이 제1 패턴(P1)을 형성한 도 4(a) 단계와 달라지는 것이다. 이에 따라, 도 5(a)처럼, 제1 패턴(P1)과 전혀 정렬이 맞지 않는 제2 패턴(P2')이 형성되거나, 제1 패턴(P1)과 일부는 연결되지만 중심이 정확히 정렬되지는 않는 제2 패턴(P2")들이 형성될 수 있다.
결국, 도 5(b)처럼, 제2 패턴(P2') 자체가 마스크(20)를 관통한 형태, 제1 패턴(P1)과 제2 패턴(P2")이 연결되어 마스크(20)를 관통한 형태가 나오게 된다. 유기물(600)이 통과하는 마스크 패턴(P)의 하부는 제1 패턴(P1)의 폭에 좌우되는데, 제2 패턴(P2')만으로 마스크 패턴(P)의 하부 폭이 구성되거나, 제2 패턴(P2")과 제1 패턴(P1)이 합쳐져 보다 넓게 마스크 패턴(P)의 하부 폭이 구성되기 때문에, 화소의 크기가 정확하지 않고, 불량이 유발되는 문제가 발생한다.
따라서, 본 발명은 얇은 두께의 마스크(20)를 사용할 때에도 마스크 패턴(P)의 개구 형태가 틀어지지 않고, 정렬이 명확하게 되는 프레임 일체형 마스크(10)를 제공하는 것을 특징으로 한다. 여기에 더하여, 얇은 두께의 마스크(20)의 하부면(후면) 상에 그리드부(21, 23, 25)를 형성하여, 마스크(20)의 강성을 보강하고 마스크 패턴(P)의 위치 정밀도가 틀어지는 것을 방지하는 프레임 일체형 마스크(10)를 제공하는 것을 특징으로 한다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 일체형 마스크(10)를 제조하는 과정을 나타내는 개략도이다.
도 6 (a)를 참조하면, 템플릿(50) 상에 접착된 마스크 금속막(20)을 제공할 수 있다. 템플릿(50)은 마스크 금속막(20)이 일면 상에 부착되어 지지된 상태로 이동시킬 수 있는 매개체이다. 마스크 금속막(20)이 전체적으로 지지될 수 있도록 템플릿(50)의 크기는 마스크 금속막(20)보다 면적이 동일하거나 큰 평판 형상일 수 있고, 마스크 금속막(20)의 형상에 대응하는 원 형상인 것이 바람직하다. 도 6 및 도 7에서는 설명의 편의상 마스크 금속막(20)의 두께를 과장되게 표시하나 템플릿(50)이 두께가 훨씬 두꺼울 수 있다.
템플릿(50)은 웨이퍼, 글래스(glass), 실리카(silica), 내열유리, 석영(quartz), 알루미나(Al2O3), 붕규산유리(borosilicate glass), 지르코니아(zirconia) 등의 재질을 사용할 수 있다.
템플릿(50)의 상부에서 조사하는 레이저(L)가 마스크 금속막(20)의 더미부(20b) 일부에 도달할 수 있도록, 템플릿(50)에는 레이저 통과공(51)이 형성될 수 있다. 레이저 통과공(51)은 마스크 금속막(20)과 프레임(30) 사이에 형성할 용접비드(WB)의 위치 및 개수에 대응하도록 템플릿(50)에 형성될 수 있다.
템플릿(50)의 일면에는 임시접착부(55)가 형성될 수 있다. 임시접착부(55)는 마스크 금속막(20)이 프레임(30)에 부착되기 전까지 마스크 금속막(20)이 임시로 템플릿(50)의 일면에 접착되어 템플릿(50) 상에 지지되도록 할 수 있다.
임시접착부(55)는 열을 가함에 따라 분리가 가능한 접착제 또는 접착 시트, UV 조사에 의해 분리가 가능한 접착제 또는 접착시트를 사용할 수 있다.
일 예로, 임시접착부(55)는 액체 왁스(liquid wax)를 사용할 수 있다. 액체 왁스는 반도체 웨이퍼의 폴리싱 단계 등에서 이용되는 왁스와 동일한 것을 사용할 수 있고, 그 유형이 특별히 한정되지는 않는다. 액체 왁스는 주로 유지력에 관한 접착력, 내충격성 등을 제어하기 위한 수지 성분으로 아크릴, 비닐아세테이트, 나일론 및 다양한 폴리머와 같은 물질 및 용매를 포함할 수 있다. 일 예로, 임시접착부(55)는 수지 성분으로 아크릴로나이트릴 뷰타디엔 고무(ABR, Acrylonitrile butadiene rubber), 용매 성분으로 n-프로필알코올을 포함하는 SKYLIQUID ABR-4016을 사용할 수 있다. 액체 왁스는 스핀 코팅을 사용하여 임시접착부(55) 상에 형성할 수 있다.
액체 왁스인 임시접착부(55)는 85℃~100℃보다 높은 온도에서는 점성이 낮아지고, 85℃보다 낮은 온도에서 점성이 커지고 고체처럼 일부 굳을 수 있어, 마스크 금속막(20)과 템플릿(50)을 고정 접착할 수 있다.
또 다른 예로, 임시접착부(55)는 열박리 테이프(thermal release tape)를 사용할 수 있다. 열박리 테이프는 가운데에 PET 필름 등의 코어 필름이 배치되고, 코어 필름의 양면에 열박리가 가능한 점착층(thermal release adhesive)이 배치되며, 점착층의 외곽에 박리 필름/이형 필름가 배치된 형태일 수 있다. 여기서 코어 필름의 양면에 배치되는 점착층은 상호 박리되는 온도가 상이할 수 있다.
마스크 금속막(20)은 일면 또는 양면에 표면 결함 제거 공정과 두께 감축 공정이 수행된 것을 사용할 수 있다. 도 6(a)처럼 템플릿(50) 상에 마스크 금속막(20)을 접착한 후 표면 결함 제거 공정과 두께 감축 공정을 수행할 수도 있다. 표면 결함 제거 공정 및 두께 감축 공정에 의해 마스크 금속막(20' -> 20)의 두께가 감축될 수 있다. 또는, 도 7(d) 단계 이후 마스크 금속막(20)의 두께가 감축될 수도 있다.
다음으로, 도 6(b)를 참조하면, 템플릿(50)과 접촉된 마스크 금속막(20)의 제1 면(하부면)에 대향하는 제2 면(상부면)에 소정의 깊이를 가지는 셀 패턴부(CP)를 형성할 수 있다. 셀 패턴부(CP)는 마스크 금속막(20)의 제2 면(상부면)에 패턴화된 절연부(미도시)를 형성하고 절연부의 패턴 사이 공간에 식각을 수행하여 형성할 수 있다. 절연부는 마스크 금속막(20)의 더미부(20b) 상에 형성할 수 있고, 셀 패턴부(CP)는 마스크 금속막(20)의 마스크 셀부(20a) 영역에 형성할 수 있다. 절연부는 프린팅 법 등을 이용하여 포토레지스트 재질로 형성될 수 있고, 식각은 건식 식각, 습식 식각 등의 방법을 제한없이 사용할 수 있다. 일 예로, 습식 식각을 수행하여 1차 두께 감축 후, 건식 식각을 수행하여 2차 두께 감축을 할 수도 있다. 습식 식각은 건식 식각보다 이용하여 빠른 속도로 더 큰 두께를 감축시킬 수 있으므로 먼저 습식 식각을 수행하고, 건식 식각으로 정밀하게 컨트롤하여 두께 감축을 할 수 있다.
다음으로, 도 6(c)를 참조하면, 마스크 금속막(20)이 접착 지지된 템플릿(50)을 프레임(30) 상에 로딩할 수 있다. 템플릿(50)은 척에 의해 이동될 수 있다. 일 예로, 진공 척에 의해 마스크 금속막(20)이 접착된 템플릿(50) 면의 반대 면을 흡착하여 이송할 수 있다.
셀 패턴부(CP)가 형성된 마스크 금속막(20)의 제2 면이 프레임(30)의 상면에 접촉 대응될 수 있다. 즉, 마스크 금속막(20)의 제2 면 상의 더미부(20b)가 프레임(30)의 상면에 접촉 대응될 수 있다.
이어서, 마스크 금속막(20)에 레이저(L)를 조사하여 레이저 용접에 의해 마스크 금속막(20)을 프레임(30)에 부착할 수 있다. 레이저 용접된 마스크 금속막(20)과 프레임(30) 사이에는 용접 비드(WB)가 생성되고, 용접 비드(WB)는 마스크 금속막(20)/프레임(30)을 일체로 연결할 수 있다.
다음으로, 도 7(d)를 참조하면, 마스크 금속막(20)을 프레임(30)에 부착한 후, 마스크 금속막(20)과 템플릿(50)을 분리(debonding)할 수 있다. 마스크 금속막(20)과 템플릿(50)의 분리는 임시접착부(55)에 열 인가, 화학적 처리, 초음파 인가, UV 인가 중 적어도 어느 하나를 통해 수행할 수 있다. 일 예로, 85℃~100℃보다 높은 온도의 열을 인가하면 임시접착부(55)의 점성이 낮아지게 되고, 마스크 금속막(20)과 템플릿(50)의 접착력이 약해지게 되어, 마스크 금속막(20)과 템플릿(50)이 분리될 수 있다. 다른 예로, IPA, 아세톤, 에탄올 등의 화학 물질에 임시접착부(55)를 침지함으로써 임시접착부(55)를 용해, 제거 등의 방식으로 마스크(100)와 템플릿(50)이 분리될 수 있다. 다른 예로, 초음파를 인가하거나, UV를 인가하면 마스크 금속막(20)과 템플릿(50)의 접착력이 약해지게 되어, 마스크 금속막(20)과 템플릿(50)이 분리될 수 있다.
한편, 템플릿(50)을 마스크 금속막(20)으로부터 분리한 후, 마스크 금속막(20)의 제1 면 상에서 표면 결함 제거 공정과 두께 감축 공정을 수행할 수도 있다. 표면 결함 제거 공정과 두께 감축 공정 과정에서 마스크 금속막(20)은 프레임(30)에 의해 안정적으로 지지될 수 있다.
다음으로, 도 7(e)를 참조하면, 프레임(30)에 부착된 마스크 금속막(20)의 제1 면(상부면) 상에서부터 마스크 패턴(P)을 형성할 수 있다.
마스크 패턴(P)은 마스크 금속막(20)의 제1 면(상부면)에 패턴화된 절연부(60)를 형성하고 절연부(60)의 패턴 사이 공간에 식각(EC)을 수행하여 형성할 수 있다. 마스크 패턴(P)은 마스크 셀부(20a) 상에서 두께 방향으로 관통하도록 형성할 수 있다. 절연부(60)는 프린팅 법 등을 이용하여 포토레지스트 재질로 형성될 수 있고, 식각은 건식 식각, 습식 식각 등의 방법을 제한없이 사용할 수 있다.
일 예로, 습식 식각을 사용하는 경우, 등방성 식각에 의한 언더컷(undercut)이 발생하므로, 절연부(60)의 패턴 사이 폭보다 마스크 패턴(P)의 상부 폭(제1 면 측의 폭)이 커질 수 있다. 그리고, 마스크 패턴(P)의 하부 폭(제2 면 측의 폭)은 상부 폭보다 작게 형성될 수 있다. 즉, 도 7(e)의 기준으로 마스크 패턴(P)의 측단면 형상은 전체적으로 역테이퍼 형상일 수 있다. 또는, OLED 화소 형성 공정[도 12 참조]를 기준으로 마스크 패턴(P)의 측단면 형상은 전체적으로 테이퍼 형상일 수 있다. 마스크 패턴(P)들의 간격은 증착하려는 OLED 화소(700)[도 12 참조]의 간격에 실질적으로 대응할 수 있다.
다음으로, 도 7(f)를 참조하면, 절연부(60)를 제거하여 프레임 일체형 마스크(10)의 제조를 완료할 수 있다. 프레임 일체형 마스크(10)는 프레임(30)이 상부, 마스크(20)가 하부에 위치한 상태로 OLED 화소 증착 공정을 수행할 수 있다. 대상 기판(900)인 반도체 웨이퍼는 프레임(30)의 중공 영역(R) 및/또는 셀 패턴부(CP)를 점유하도록 배치될 수 있다. 유기물(600)[도 12 참조]이 하부에서 상부 방향으로 이동할 때, 하부에 위치한 마스크(20)를 통과할 수 있다. 마스크 패턴(P)의 제1 면 측(하부측)의 폭이 제2 면 측(상부측)의 폭보다 크므로, 즉, 테이퍼 형상을 가지므로, OLED 화소(700)가 섀도우 효과(shadow effect)에 의한 악영향을 받지 않고 증착될 수 있는 효과가 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 OLED 화소 증착을 위해 프레임 일체형 마스크(10)와 대상 기판(900)을 접촉한 상태를 나타내는 개략도이다. 도 9는 비교예에 따른 OLED 화소 증착을 위해 프레임 일체형 마스크(10')와 대상 기판(900)을 접촉한 상태를 나타내는 개략도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명은 프레임(30)의 중공 영역(R) 내 및 제2 면 상에 대상 기판(900)이 배치되는 영역을 제공한다. 이를 위해, 마스크 셀부(20a)의 폭/크기(W1) 또는 중공 영역(R)의 폭/크기(W1)가 대상 기판(900)의 폭/크기(W2)보다 크게 형성된다. 대상 기판(900)은 중공 영역(R) 및 셀 패턴부(CP)가 형성하는 수용 공간 내에 안착될 수 있다. 다른 관점으로, 프레임(30)을 통과하는 임의의 수평 선(HL)은 대상 기판(900)의 배치 영역에 중첩될 수 있다. 즉, 프레임(30)과 대상 기판(900)이 동일 선상에 있게 된다.
반면, 비교예의 프레임 일체형 마스크(10')는 대상 기판(900)과 프레임(30)이 동일 선상에 있지 않는다. 본 발명의 프레임 일체형 마스크(10)와 비교예의 프레임 일체형 마스크(10')의 가장 큰 차이는 대상 기판(900)이 배치되는 위치이다. OLED 증착을 위해서는 도 9의 도시에서 플립된 상태로 공정을 수행해야 하므로, 증착 공정 시 대상 기판(900) 대비 프레임(30)이 아래에 있는 구조가 될 수 있다. 비교예의 프레임 일체형 마스크(10')에서, 섀도우 효과를 발생하지 않도록 유기물의 진입 부분의 폭이 더 크고, 대상 기판(900)에 접하는 부분의 폭이 더 작은 마스크 패턴(P')을 형성하기 위해서는 필연적으로 절연부(60')가 대상 기판(900)이 접하는 면(도 9의 하부 면)의 반대면(도 9의 상부면) 상에 형성되어야 한다. 이 상태에서 식각(EC')이 수행되어야 습식 식각의 등방성 식각 특성에 의해 역테이퍼 형상의 마스크 패턴(P')을 형성할 수 있다. 이 경우, 식각액의 진입 방향(도 9 기준 상부 -> 하부)에 마스크 금속막(20)보다 두꺼운 프레임(30)이 상부 위치에 있으므로, 프레임(30)에는 PR과 같은 절연부(60')를 형성하기 매우 어렵다. 마스크 금속막(20)에는 절연부(60')를 형성할 수 있지만, 프레임(30)까지 커버하는 절연부(65')를 형성하기 매우 어려워진다. 이에 따라, 마스크 패턴(P')의 형성을 위한 식각(EC') 공정을 수행하기 어렵고, 식각 (EC') 공정을 수행한다고 하여도 프레임(30)의 전체에 절연부(65')가 잘 커버되지 않아 프레임(30)의 손상이 발생하는 문제점이 있다.
위 문제를 회피하기 위해 절연부(60')를 마스크 금속막(20)의 반대면(도 9의 하부면)에 형성한다면 섀도우 효과를 방지하는 역테이퍼 형상의 마스크 패턴(P')을 형성하기 어려워진다.
반면, 본 발명의 프레임 일체형 마스크(10)는 프레임(30)과 대상 기판(900)이 동일 선상에 배치되도록 구성하였으므로 상기 비교예와 같은 문제점이 해결된다. 먼저, 도 7(e) 단계에서 상술한 바와 같이 마스크 금속막(20)의 제1 면(상부면) 상에 절연부(60)가 형성되고, 제1 면 방향으로부터 식각(EC)이 수행되므로, 프레임(30)이 식각에 의해 손상받을 위험이 없다. 당연히 프레임(30)의 전체 표면을 절연부(60)가 커버하도록 별도의 공정을 수행할 필요도 없어진다. 습식 식각이 아니라 절연부(60)가 필요없는 건식 식각을 수행하는 경우라도 프레임(30)이 식각(EC) 방향의 반대편에 배치되므로 프레임(30)의 식각에 의한 손상 염려가 없어지게 된다.
한편, 본 발명은 마스크(20)의 더미부(20b)의 두께가 마스크 셀부(20a)의 두께보다 두껍다. 이에 따라, 프레임(30)과 더미부(20b)가 레이저 용접되어 용접 비드(WB)를 형성할 때, 보다 두꺼운 두께의 더미부(20b)에서의 용접 강성을 확보할 수 있는 이점이 있다. 동시에, 약 2㎛ 내지 12㎛의 매우 얇은 마스크 셀부(20a)의 두께에서 일면 식각 공정만으로 초고해상도의 마스크 패턴(P)을 형성할 수 있게 되는 이점이 있다.
또한, 도 7(d), 도 7(e)의 단계와 같이, 본 발명은 마스크 금속막(20)이 프레임(30)에 용접 부착된 후에 식각(EC)을 통한 마스크 패턴(P)의 형성 공정이 수행된다. 마스크 금속막(20)을 직접적으로 클램핑 함이 없이 템플릿(50) 상에 지지시켜, 템플릿(50)만을 이동/제어하여 마스크 금속막(20)을 프레임(30)에 부착하기 때문에 마스크 금속막(20)도 변형 없이 프레임(30) 상에 부착될 수 있다. 여기에 더하여, 마스크 금속막(20)이 프레임(30)에 단단히 용접 부착된 채로 마스크 패턴(P)의 형성 공정이 바로 수행될 수 있으므로, 마스크 금속막(20)과 프레임(30) 사이에서의 정렬에 대한 악영향은 없어진다. 즉, 마스크 금속막(20)이 프레임(30)과의 위치가 어긋나 있어도, 마스크 금속막(20) 및 프레임(30)이 상호 부착된 상태에서 마스크 패턴(P)을 설계 위치대로 바로 형성할 수 있으므로, 결국 의도한 마스크 패턴(P)의 설계 위치에서 변형이 발생하지 않게 된다.
위와 같이, 본 발명은 매우 얇은 마스크 셀부(20b)를 템플릿(50)에 지지시켜 프레임(20)에 부착하고, 마스크 금속막(20)과 프레임(30)이 단단히 부착된 상태에서의 마스크 패턴(P) 형성하며, 매우 얇은 마스크 셀부(20b) 상에서 마스크 패턴(P)을 형성하는 일련의 공정을 통해 2,000 PPI 이상의 초고해상도의 마스크 패턴(P)을 형성하고, 복수의 마스크 셀(C)들의 정렬 오차가 최소화 할 수 있는 효과가 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 프레임 일체형 마스크를 제조하는 과정을 나타내는 개략도이다.
한편, 도 8에서 상술한 바와 같이, OLED 화소 증착 과정에서 프레임(30)의 중공 영역(R) 내에 대상 기판(900)이 배치될 수 있다. 이때, 대상 기판(900)의 하중에 의해 하부에 배치된 마스크(20)의 부분이 눌리게 되어 마스크(20)가 손상되거나 패턴이 엇갈리는 문제가 발생할 수 있다.
이에 따라, 대상 기판(900)을 지지할 수 있는 기판지지부(70: 71, 73, 75)를 더 구비할 수 있다. 기판지지부(70)는 유기물(600)이 통과하는 마스크 셀부(20a)를 가리지 않는 범위에서 대상 기판(900)의 적어도 일부 또는 테두리의 일부를 지지할 수 있는 형상인 것이 바람직하다. 여기서, 대상 기판(900)의 적어도 일부 또는 테두리의 일부는 유기물(600)이 형성되지 않는 영역에 대응한다.
도 10 (a)를 참조하면, OLED 화소 증착 장치(200) 내에 기판지지부(71)가 더 설치될 수 있다. OLED 화소가 증착되는 과정에서 기판지지부(71)는 마스크(20)의 더미부(20b)의 하부를 지지한다. 또한, 기판지지부(71)는 대상 기판(900)의 테두리가 지지될 수 있도록 대상 기판(900)의 폭(W2)보다는 안쪽으로 진입하여 더미부(20b)의 하부를 지지하는 것이 바람직하다.
도 10 (b)를 참조하면, 기판지지부(73)는 OLED 화소 증착 과정에서 프레임(30)에 연결된 상태로 더미부(20b)의 하부를 지지할 수 있다. 기판지지부(73)의 일단은 프레임(30)에 연결되고, 유기물(600)이 통과하는 마스크 셀부(20a)를 가리지 않도록 우회한 형상으로 그 타단이 더미부(20b)의 하부를 지지하는 것이 바람직하다. 일 예로, 기판지지부(73)는 단면이 'ㄷ'형태로서 일단이 프레임(30)에 연결되는 방식에 대해서는 제한이 없다.
도 10 (c)를 참조하면, OLED 화소 증착 장치(200) 내에 기판지지부(71)가 더 설치될 수 있다. 기판지지부(75)는 지지핀(76)이 상부에 형성될 수 있다. 마스크(20)의 더미부(20b)에 핀관통구(29)가 더 형성되고, 핀관통구(29)를 통과한 지지핀(76)이 대상 기판(900)의 테두리를 지지할 수 있다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 프레임 일체형 마스크를 제조하는 과정을 나타내는 개략도이다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 프레임 일체형 마스크에서 마스크(20)의 부분은 도 3(b)에서 상술한 형태를 가질 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 프레임 일체형 마스크의 제조 과정은 도 6 내지 도 7에서 상술한 과정에서 일부만 변경되어 수행될 수 있다. (d'), (e') 등으로 표시한 단계는 상술한 도 6 내지 도 7의 (d), (e) 단계 등에 대응하는 단계임을 의미한다.
먼저, 도 11 (d')를 참조하면, 도 6 (d)와 같이 마스크 금속막(20)을 프레임(30)에 부착하고 템플릿(50)을 마스크 금속막(20)으로부터 분리할 수 있다. 마스크 금속막(20)은 그리드부(21, 23, 25)까지 형성할 것을 고려하여 도 6 (d)보다는 더 두꺼울 수 있다.
다음으로, 도 11 (d")를 참조하면, 마스크 금속막(20)의 제1 면(상부면) 상에 소정의 깊이를 가지는 그리드 패턴부(GP)를 형성할 수 있다. 그리드 패턴부(GP)는 추후 마스크(20)에 형성할 셀(C)에 대응하도록 형성할 수 있다. 그리드 패턴부(GP)에 의해 그리드부(21, 23, 25)가 상대적으로 마스크 금속막(20)의 상부에서 돌출 형성될 수 있다. 그리드부(21, 23, 25)에 의한 마스크(20) 강성을 확보하기 위해 그리드부(21, 23, 25)의 두께는 약 25㎛ 내지 40㎛인 것이 바람직하다. 이를 위해, 그리드 패턴부(GP)도 마스크 금속막(20)을 관통하지 않는 소정 깊이, 예를 들어, 약 25㎛ 내지 40㎛의 깊이로 형성될 수 있다.
다음으로, 도 11 (e')를 참조하면, 그리드 패턴부(GP)가 형성된 마스크 금속막(20)의 제1 면(상부면)에 패턴화된 절연부(60)를 형성하고 절연부(60)의 패턴 사이 공간에 식각(EC)을 수행하여 마스크 패턴(P)을 형성할 수 있다. 마스크 패턴(P)은 그리드 패턴부(GP)가 형성된 영역 상에서 두께 방향으로 관통하도록 형성할 수 있다.
다음으로, 도 11 (f')를 참조하면, 절연부(60)를 제거하여 프레임 일체형 마스크(10)의 제조를 완료할 수 있다. 그리드부(21, 23, 25)는 대상 기판(900)이 배치되는 위치와 반대편에서 마스크(20)로부터 더 두껍게 돌출 형성될 수 있다. 그리하여, OLED 화소의 증착이 실질적으로 수행되는 셀(C)을 가리지 않으면서도, 마스크(20)의 구획부(SR)와 더미부(20b)를 전체적으로 지지할 수 있다.
도 12는 본 발명의 프레임 일체형 마스크(10)를 적용한 OLED 화소 증착 장치(200)를 나타내는 개략도이다.
도 12를 참조하면, OLED 화소 증착 장치(200)는, 마그넷(310)이 수용되고, 냉각수 라인(350)이 배설된 마그넷 플레이트(300)와, 마그넷 플레이트(300)의 하부로부터 유기물 소스(600)를 공급하는 증착 소스 공급부(500)를 포함한다.
마그넷 플레이트(300)와 소스 증착부(500) 사이에는 유기물 소스(600)가 증착되는 유리 등의 대상 기판(900)이 개재될 수 있다. 대상 기판(900)에는 유기물 소스(600)가 화소별로 증착되게 하는 프레임 일체형 마스크(10)가 밀착되거나 매우 근접하도록 배치될 수 있다. 마그넷(310)이 자기장을 발생시키고 자기장에 의한 인력으로 프레임 일체형 마스크(10)가 대상 기판(900)에 밀착될 수 있다.
증착 소스 공급부(500)는 좌우 경로를 왕복하며 유기물 소스(600)를 공급할 수 있고, 증착 소스 공급부(500)에서 공급되는 유기물 소스(600)들은 프레임 일체형 마스크(10)에 형성된 마스크 패턴(P)을 통과하여 대상 기판(900)의 일측에 증착될 수 있다. 프레임 일체형 마스크(10)의 마스크 패턴(P)을 통과한 증착된 유기물 소스(600)는 OLED의 화소(700)로서 작용할 수 있다.
마스크 패턴(P)은 측면이 경사지게 형성(테이퍼 형상으로 형성)되므로, 경사진 방향을 따라서 통과하는 유기물 소스(600)들에 의해 새도우 이펙트(Shadow Effect)에 의해 OLED 화소(700)의 증착이 불균일하게 되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.
10, 10': 프레임 일체형 마스크
20: 마스크, 마스크 금속막
20a: 마스크 셀부
20b: 더미부
21, 23, 25: 그리드부
30: 프레임
50: 템플릿
60: 절연부
70: 기판지지부
200: OLED 화소 증착 장치
900: OLED 화소 증착 대상 기판
C: 셀
CP: 셀 패턴부
P: 마스크 패턴
R: 프레임의 중공 영역
SR: 구획부

Claims (19)

  1. OLED 화소 형성 공정에 사용되며, 마스크와 마스크를 지지하는 프레임이 일체로 형성된 프레임 일체형 마스크의 제조 방법으로서,
    (a) 마스크 금속막 및 템플릿이 접착된 마스크 지지 템플릿을 준비하는 단계 - 상기 마스크 금속막은 상기 템플릿과 접착된 제1 면에 대향하는 제2 면 상에 소정의 깊이를 가지는 셀 패턴부가 형성됨 -;
    (b) 상기 마스크 금속막의 상기 제2 면을 중공 영역이 형성된 프레임에 대응시키고, 상기 셀 패턴부가 형성된 부분을 제외한 더미부의 적어도 일부를 상기 프레임에 부착하는 단계;
    (c) 상기 템플릿을 상기 마스크 금속막으로부터 분리하는 단계;
    (d) 상기 마스크 금속막의 상기 제1 면 상에서부터 마스크 패턴을 형성하는 단계;
    를 포함하는, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서, 레이저 용접으로 상기 마스크 금속막의 상기 더미부의 적어도 일부를 상기 프레임에 부착하는, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (d) 단계에서 형성된 마스크 패턴은 상기 제1 면 측에 형성된 폭보다 상기 제2 면 측에 형성된 폭이 작은, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 (d) 단계 이후, 상기 프레임의 중공 영역 내 및 상기 제2 면 상에 OLED 화소 증착의 대상 기판의 배치 영역이 제공되는, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 (d) 단계 이후, 상기 프레임을 통과하는 임의의 수평 선은 상기 OLED 화소 증착의 대상 기판의 배치 영역에 중첩되는, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 OLED 화소 증착의 대상 기판은 반도체 웨이퍼인, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 (d) 단계는,
    (d1) 상기 제1 면 상에 패턴화된 절연부를 형성하는 단계;
    (d2) 상기 패턴화된 절연부 사이 공간을 통해 상기 마스크 금속막을 식각하여 상기 마스크 패턴을 형성하는 단계;
    를 포함하는, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 식각 방법은 습식 식각이고, 상기 절연부 사이 폭보다 상기 마스크 패턴의 상기 제1 면 측에 형성된 폭이 큰, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 (c) 단계와 상기 (d) 단계 사이에,
    (c-2) 상기 마스크 금속막의 상기 제1 면 상에 소정의 깊이를 가지는 그리드 패턴부를 형성하는 단계;
    를 더 포함하는, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    (d) 단계에서, 상기 그리드 패턴부가 형성된 상기 제1 면 상에서부터 상기 마스크 패턴을 형성하는, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 그리드 패턴부는 상기 마스크 금속막 상의 단위 셀들을 구획하는 형태로, 상기 마스크 금속막을 두께 방향으로 관통하지 않게 25㎛ 내지 40㎛의 깊이로 형성되는, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서 상기 셀 패턴부가 형성된 영역의 상기 마스크 금속막의 두께는 2㎛ 내지 12㎛인, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법.
  13. OLED 화소 형성 공정에 사용되며, 마스크와 마스크를 지지하는 프레임이 일체로 형성된 프레임 일체형 마스크로서,
    제1 면 및 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 가지고, 마스크 패턴이 형성된 마스크; 및
    상기 제2 면의 상기 마스크 패턴이 형성된 마스크 셀부를 제외한 더미부의 적어도 일부에 부착되고, 중공 영역이 형성된 프레임;
    을 포함하고,
    상기 마스크 패턴은 상기 제1 면 측에 형성된 폭보다 상기 제2 면 측에 형성된 폭이 작은, 프레임 일체형 마스크.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 프레임의 중공 영역의 형태는 OLED 화소 증착의 대상이 되는 대상 기판이 수용되는 형태로 형성되고,
    상기 프레임의 중공 영역 내 및 상기 제2 면 상에 OLED 화소 증착의 대상 기판의 배치 영역이 제공되는, 프레임 일체형 마스크.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 프레임의 중공 영역의 형태는 OLED 화소 증착의 대상이 되는 대상 기판이 수용되는 형태로 형성되고,
    상기 프레임을 통과하는 임의의 수평 선은 상기 OLED 화소 증착의 대상 기판의 배치 영역에 중첩되는, 프레임 일체형 마스크.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 마스크는 상기 제2 면 상에 그리드부가 더 형성되며,
    상기 그리드부는 적어도 상기 마스크 셀부에서의 단위 셀들을 구획하는 형태로 형성되는, 프레임 일체형 마스크.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 그리드부는,
    상기 더미부의 영역에 형성되는 테두리 그리드;
    제1 방향으로 연장 형성되고 양단이 상기 테두리 그리드에 연결되는 복수의 제1 그리드;
    상기 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 연장 형성되어 상기 제1 그리드와 교차되고, 양단이 상기 테두리 그리드에 연결되는 복수의 제2 그리드부;
    를 포함하는, 프레임 일체형 마스크.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 제1 면에서 상기 제2 면 방향으로 상기 더미부의 적어도 일부를 지지하는 기판지지부를 더 포함하는, 프레임 일체형 마스크.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 더미부에 핀관통구가 형성되고, 상기 기판지지부 상에 형성된 지지핀이 상기 핀관통구를 통해 OLED 화소 형성 공정의 대상 기판을 지지할 수 있는, 프레임 일체형 마스크.
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