WO2016148380A1 - 레이저 패터닝을 이용한 섀도우 마스크의 제조 장치 및 레이저 패터닝을 이용한 섀도우 마스크의 제조 방법 - Google Patents

레이저 패터닝을 이용한 섀도우 마스크의 제조 장치 및 레이저 패터닝을 이용한 섀도우 마스크의 제조 방법 Download PDF

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laser
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박종갑
김도훈
김범상
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에이피시스템 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for manufacturing a shadow mask and a method thereof, and more particularly to an apparatus for manufacturing a shadow mask using laser patterning and a method for manufacturing an FMM mask using laser patterning, in which a fine pattern is easily formed and the manufacturing process is simple. It is about.
  • R organic light emitting layers of R (Red), G (Green), and B (blue)
  • R, G, and B blue
  • the R, G, and B patterns are formed. It is formed by depositing using a shadow mask having a fine pattern, such as square, rhombus, and the like. That is, when the organic light emitting material of each of R, G, and B passes through the pattern of the deposition shadow mask, the light emitting material of each of R, G, and B is formed by being deposited in a form corresponding to the pattern.
  • the deposition shadow mask mainly uses a fine metal mask (FMM) such as invar or stainless steel.
  • FMM fine metal mask
  • a method of manufacturing such a shadow mask is prepared through a photolithography process. That is, first, a process of coating a photoresist PR on a top surface of a base material made of a metal material, a process of heating the photoresist PR (pre-bake), and a pattern corresponding to a pattern to be formed on a deposition shadow mask
  • the photomask is placed on a base substrate coated with photoresist (PR), and then exposed to light, developed and post-bake after exposure, wet-etching, and residual.
  • a strip (PR strip) process to remove the photoresist is performed.
  • an organic light emitting display device OLED
  • a high resolution mobile device such as UHD
  • a fine pattern should be formed.
  • a pattern of a deposition mask should also be miniaturized, ideally for a processed pattern.
  • the tapered shape of 45 degrees prevents the so-called shadow effect, which is not evenly applied due to the steep processing structure, before the organically deposited organic material reaches the position to be patterned.
  • a fine pattern of 30 ⁇ m or less should be formed, and accordingly, a deposition FMM shadow mask having a fine pattern of 30 ⁇ m or less should be manufactured.
  • the photolithography method undergoing the above-described process has a problem that it is difficult to process a fine pattern of 30 ⁇ m or less having a linear tapered shape due to a fundamental problem of wet etching, such as isotropic etching, and to solve the problem,
  • the disadvantage is that the thin etch and wet etching described above must be repeated at the front and back when forming the pattern.
  • a metal film having a thickness of about 20 ⁇ m is used as the base substrate, and the thickness of the thin shadow mask is difficult to control or handle, and a problem occurs when the mask is drooped during a large area process.
  • the present invention relates to an apparatus for directly processing a fine pattern on a base without undergoing various processes using a laser.
  • the present invention relates to a shadow mask using an optical system and a mask projection properly designed according to the size and spacing of a desired pattern.
  • the object of this invention is to provide the manufacturing apparatus of the shadow mask using the laser patterning which can be manufactured.
  • the present invention provides a laser patterning method that includes a linear taper which is an essential element for a shadow mask used in organic material deposition, etc., is easy to form a micropattern of 20 ⁇ m or less that is difficult to implement in a wet etching method, and simplifies the manufacturing process.
  • a method of manufacturing a shadow mask to be used it is possible to manufacture a mobile UHD high-resolution AMOLED, etc. that requires a pattern of 10 ⁇ m class.
  • the present invention has a fine pattern and is easy to operate or control during the actual process application, and to compensate for the sagging of the shadow mask when applying a large area to ensure the process stability, thereby providing a thicker shadow mask film
  • the beam supply unit for supplying a laser beam
  • the position and size of the laser beam supplied from the beam supply unit is adjusted
  • a mask control pattern corresponding to the mask pattern such that the beam control unit, a diffraction optical unit branching the laser beam into a plurality of laser beams having a uniform intensity distribution, and the branched laser beams correspond to each other in a 1: 1 correspondence
  • a masking part for shadowing the edges of each branched laser beam, a zoom lens part for adjusting the spacing and pattern between the laser beams passing through the masking part, and a laser beam passing through the zoom lens part to have a constant reduction ratio.
  • the laser beam supplied from the beam supply unit is preferably a pulse laser beam having a pulse width of several tens of femtoseconds to several hundred nanoseconds for metal processing.
  • the beam supply unit is preferably made of a laser, and a plurality of mirrors (mirror) which is located at the laser output terminal for transmitting a laser beam to the beam control unit.
  • the beam control unit a beam stabilization module for automatically compensating the position of the laser beam, and a beam expander for adjusting the size of the laser beam, preferably, the beam stabilization module, the sensor for detecting the position of the laser beam And a plurality of mirrors mounted on the motor, to automatically compensate the position of the laser beam.
  • the diffraction optical unit preferably comprises a diffraction optical element (DOE) consisting of a beam shaper and a beam splitter, and a focus lens unit for transmitting a branched laser beam to the masking unit, which is a focal plane, and the diffraction optical element (
  • DOE diffraction optical element
  • the beam splitter of the DOE is split into 1 to 500 laser beams, and the spacing between the branched laser beams is preferably 0.1 to 50 times the size of the pattern made by the diffractive optical element.
  • the size of the pattern made of the diffractive optical element is preferably determined by the optical reduction ratio of 1 to 50 times by the projection part according to the size of the mask pattern made on the base.
  • the zoom lens unit the zoom range (zoom range) is preferably + /-70%.
  • the present invention also provides a process of locating a masking part provided with a masking pattern corresponding to a mask pattern to be manufactured on an upper side of the base, and irradiating a laser beam from the upper side of the masking part to process the base with a laser beam passing through the masking part. And forming a pattern having a shape corresponding to the masking pattern on the base, wherein the masking pattern is provided in plural to have different widths, and the masking pattern having a narrow width toward the base is located. It is provided so that the laser beam irradiated from above the masking part passes through the plurality of masking patterns step by step to irradiate on the base is a technical gist of the shadow.
  • the plurality of masking patterns are preferably provided to have a concentric axis.
  • the masking portion is provided in plurality, each masking portion is provided with a masking pattern, the masking pattern is an opening shape provided to penetrate a portion of the masking portion in the vertical direction, the width of the opening provided in each masking portion.
  • the different preferably in the process of irradiating the laser beam from the upper side of the masking portion, it is preferable to include a plurality of laser beam irradiation process for irradiating the laser beam using each of the plurality of masking portion.
  • the masking pattern having a narrow opening type It is preferable to irradiate a laser beam using a masking part.
  • the masking unit may be a phase shifter mask (PSM) having a different width and having a plurality of masking patterns capable of phase shifting the laser beam at different angles, and in the process of irradiating the laser beam from above the masking unit.
  • the laser beam may be irradiated from the upper side of the masking unit in the form of the phase shift mask (PSM), and the laser beam may be irradiated onto the base to pass through the masking patterns capable of phase shifting from each other.
  • PSM phase shifter mask
  • the masking unit may include a body through which the laser beam is transmitted, a plurality of light shielding films formed on the body to be spaced apart in the width direction, and a plurality of transmission regions through which the laser beam is transmitted while being spaced apart between the plurality of light shielding films. It is a slit mask, and is formed so that the width of the light shielding film becomes thinner from the outer direction toward the center of the body, and is formed so that the width of the transmission area becomes wider from the outer direction toward the center of the body, and the laser above the masking part.
  • the intensity of the laser beam irradiated to the base area corresponding to the lower side of the relatively wide transmission region by irradiating the laser beam from the upper side of the masking portion in the form of the slit mask The intensity of the laser beam irradiated to the base region corresponding to the lower side of the relatively narrow transmission region. It is desirable to investigate it to three.
  • a mask pattern having an inner diameter narrowed toward the lower side is provided on the base by a laser beam irradiation process using the masking unit.
  • the base may be horizontally moved to form a plurality of mask patterns spaced apart from each other on the entire surface of the base.
  • the base preferably comprises a metal.
  • the present invention relates to an apparatus for directly processing a fine pattern on a base without going through a number of processes using a laser, the fine pattern using the optical system and mask projection properly designed according to the size and spacing of the required pattern It is to be possible to manufacture the formed shadow mask.
  • the edge sharpening is implemented through the masking unit for clear image patterning, and the laser beam passing through the masking pattern in a 1: 1 ratio is irradiated corresponding to each pattern on the base at a reduction ratio. It is to enable fine patterning.
  • a shadow mask is manufactured by a method of processing a pattern on a base by irradiating a laser beam, to a conventional method of manufacturing through a photolithography process In comparison, the manufacturing procedure can be simplified. Thus, compared to the conventional method of manufacturing a shadow mask, it is possible to save time for manufacturing the mask.
  • the thickness of the base has to be reduced to about 20 ⁇ m.
  • the thickness of the shadow mask can be made thicker than before, and thus, when forming a thin film pattern on the substrate, the shadow mask It has the advantage of easy control or handling, and when applied to a large area it can minimize or prevent sagging of the shadow mask.
  • a tapered pattern can be processed in a simple manner and the positional accuracy problem by using a galvano scanner can be solved.
  • the light irradiation apparatus containing a diffraction optical system a some pattern can be simultaneously formed on a base and manufacturing production rate can be improved.
  • FIG. 5 is a diagram sequentially illustrating a method of manufacturing a shadow mask by the method according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 shows in sequence a method of manufacturing a shadow mask by the method according to the second embodiment of the invention.
  • FIG. 9 is a diagram sequentially illustrating a method of manufacturing a shadow mask by the method according to the third embodiment of the present invention.
  • the present invention relates to an apparatus for directly processing a pattern in the form of a pixel on a base without going through various processes using a laser, and manufacturing a shadow mask using an optical system and a mask projection appropriately designed according to the required size and spacing of the pattern. This relates to a possible laser device.
  • the present invention relates to a method for manufacturing a shadow mask by processing a fine mask pattern on the base using a laser, it is possible to simplify the manufacturing procedure, compared to the conventional method for manufacturing through a photolithography process. Thus, compared to the conventional method for manufacturing a mask, it is possible to save time for manufacturing a shadow mask.
  • FIG. 1 is a plan view from above of a shadow mask manufactured by a method according to embodiments of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of FIG. 1
  • FIG. 3 is a manufacture of a shadow mask using laser patterning according to the present invention.
  • It is a schematic diagram about an apparatus
  • FIG. 4 is a schematic diagram which shows the form of a laser beam in the manufacturing apparatus of the shadow mask using laser patterning which concerns on this invention.
  • the shadow mask 100 has a plurality of mask patterns 120 through which a raw material to be deposited on a deposition target (hereinafter, referred to as a substrate S) is spaced apart from each other. Formed structure. That is, the shadow mask 100 includes a base 110 and a plurality of mask patterns 120 provided to penetrate the base 110 up and down.
  • each of the plurality of mask patterns 120 and the shape or arrangement structure (that is, the pattern of the mask) on which the plurality of mask patterns 120 are disposed are a thin film to be deposited on the substrate S, which is a deposition target. (10) It is a shape corresponding to a pattern.
  • each of the plurality of mask patterns 120 is a region through which the deposition material passes, and among the regions of the base 110 except for the region where the plurality of mask patterns 120 are formed, the deposition material does not pass through. Not blocked area.
  • the shadow mask 100 is formed of a plurality of mask patterns 120 that are formed to be separated from each other on the blocking region and a blocking region that blocks the raw material from passing through, and allows the raw material to pass therethrough, as described above,
  • the shape or arrangement structure in which the plurality of mask patterns 120 are arranged is a pattern of a mask.
  • An apparatus for manufacturing a shadow mask using laser patterning according to the present invention for manufacturing a shadow mask having such a mask pattern in the apparatus for manufacturing a shadow mask having a fine mask pattern using laser patterning, as shown in FIG.
  • a diffraction optical unit 220 branching into a plurality of laser beams and a masking pattern corresponding to the mask pattern are formed so that each of the branched laser beams passes in a one-to-one correspondence to shadow the edges of each branched laser beam.
  • the beam supply unit 200 supplies a pulsed laser beam having a pulse (ultrashort pulse, ultrashort pulse) width between several tens of femtoseconds to several hundred picoseconds suitable for processing a laser beam, preferably a metal base. It is.
  • the beam supply unit 200 is a laser (201) for outputting the laser beam of the pulse width, a plurality of mirrors (located at the output end of the laser 201, and transmits the laser beam to the beam control unit 210 (mirror) 202.
  • the laser 201 may be an excimer laser in a nanosecond region such as XeF, KrF, ArF, or XeCl, a solid laser having nanoseconds, a picosecond laser or a femtosecond having a pulse width at a picosecond level.
  • a femtosecond laser having a pulse width of femtosecond) can be used.
  • the wavelength of the laser regardless of the type of laser can be used in both the infrared and visible and ultraviolet region.
  • the type of laser is not limited to the above-described type, and various types of lasers that can be processed to provide a pattern on a base, which is a base material of a shadow mask to be manufactured, may be applied.
  • the beam control unit 210 adjusts the position and size of the laser beam supplied from the beam supply unit 200. In other words, conditioning the laser beam received from the laser, for example, to adjust the size of the laser beam suitable for position correction and the optical system.
  • the beam adjusting unit 210 is a beam stabilization module (211) for automatically compensating the position of the laser beam, and a beam expander (212) for adjusting the size of the laser beam Is done.
  • the beam stabilization module 211 serves to automatically compensate the position of the laser beam, and the diffraction optical element (DOE) of the diffraction optical unit 220 to be described later, which is greatly affected by the performance due to the position change of the laser beam. It is intended to supplement the performance.
  • DOE diffraction optical element
  • the beam stabilization module 211 is composed of a sensor for detecting the position of the laser beam and a plurality of mirrors mounted on the motor, thereby automatically compensating the position of the laser beam. That is, when the laser beam is shifted from the reference position of the laser beam, the laser beam is moved to the reference position by the automatic operation of the mirror to compensate for the performance of the diffractive optical element.
  • the beam expander 212 adjusts the size of the laser beam. Specifically, the beam expander 212 adjusts the size of the laser beam in a manner that does not focus the laser beam using a Galilean beam expander. By using a lens to adjust the size of the laser beam suitable for the diffraction optical unit 220 to be described later. In addition, the beam expander 212 serves to prevent air break down in the focusing region that may occur in the microwave pulse laser.
  • the diffraction optical unit 220 branches the laser beam of the Gaussian intensity type, which is conditioned according to the optical system, into a plurality of laser beams having a uniform intensity distribution, and specifically, a beam shaper.
  • a diffractive optical element (DOE) including a 221 and a beam splitter 222, and a focus lens unit for transmitting the branched laser beam to the masking units 230, 240, and 250 which are focal planes.
  • DOE diffractive optical element
  • the diffractive optical element DOE is configured to simultaneously implement two functions of beam shaping and splitting, and includes a beam shaper 221 and a beam splitter 222.
  • the beam shaper 221 is configured to form a uniform beam distribution in a flat-top form, and is divided into 1 to 500 laser beams by the beam splitter 222, and the interval between the divided laser beams is 0.1 to 50 times the size of the pattern made of the diffractive optical element is preferable.
  • the size of the pattern made of the diffractive optical element is determined by the optical reduction ratio of 1 to 50 times by the projection part 270 according to the size of the mask pattern made on the base 110.
  • the size of the pattern at the masking portions 230, 240, 250 is 100 ⁇ m, so that the diffraction optical Configure the device.
  • a plurality of laser beams are irradiated, so that a plurality of patterns can be formed at the same time, resulting in an improvement in the production rate of shadow mask production. .
  • the pattern on the substrate eliminates the use of galvano scanners, which are sensitive to high temperature in the process, temperature-sensitive, and can cause distortion of the scan field and stitch errors between fields during field movement in large-area processes. There is an advantage in that accurate positioning of is possible.
  • the branched laser beam from the diffractive optical element passes through the focus lens unit and is transferred to the masking units 230, 240, and 250, which are focal planes, to form a laser beam having a uniform intensity distribution. .
  • the masking parts 230, 240, and 250 have a masking pattern corresponding to the mask pattern so that each of the laser beams branched from the diffractive optical element passes in a one-to-one correspondence, and thus the edges of the branched laser beams. Is masked so that the edge portion of the laser beam forms a clear image. That is, edge sharpening is implemented through the masking parts 230, 240, and 250 in order to pattern a clear image, and a laser beam passing through the masking pattern in a 1: 1 manner is defined in each pattern on the base. Correspondingly irradiated at a reduction ratio, fine patterning is possible.
  • the masking parts 230, 240, and 250 may use a chromium-coated material, metal mask, or dielectric mask on glass or quartz according to the energy of the laser beam.
  • a chromium-coated material metal mask, or dielectric mask on glass or quartz according to the energy of the laser beam.
  • loss in the part without a pattern cannot be avoided.
  • the laser light efficiency can be increased by sending a beam only at the position of the pattern.
  • the masking parts 230, 240, 250 are provided in plural in such a manner that masking patterns have different widths, and narrower masking patterns are located in the direction toward which the base 110 is located. Step through the plurality of masking patterns, a detailed description thereof will be described later.
  • the zoom lens unit 260 adjusts the spacing and pattern between the laser beams passing through the masking units 230, 240, and 250.
  • the zoom lens unit 260 adjusts the size of the pattern of the laser beam.
  • the size of the masking unit 230, 240, 250 should be changed, but the shape of the pattern and the spacing may be adjusted by adjusting the distance between the lenses by the zoom lens unit 260.
  • the zoom lens unit 260 allows the zoom range to be about +/- 70% so that the size of the laser beam pattern can be adjusted according to the mask pattern.
  • the projection unit 270 transmits the laser beam passing through the zoom lens unit 260 on the base 110 to have a predetermined reduction ratio, and the laser beam passing through the masking units 230, 240, and 250. It serves to transfer the image of the beam to the image plane of the substrate with a constant reduction ratio, thereby the size of the pattern formed is about 100nm to 1000 ⁇ m.
  • the shape of the mask pattern 120 of the shadow mask 100 is a substrate S as a deposition target.
  • the shape in which the diameter or the inner diameter is narrowed in the direction in which this is located, that is, the shape of the cross section of the mask pattern 120 is, for example, a trapezoidal shape.
  • the inner wall surface 111 of the base 110 surrounding the mask pattern 120 has a predetermined taper, where the inclination of the inner wall surface 111 is in the direction in which the substrate S is located. Increasingly, the distance between the inner wall surface 111 is inclined so as to be closer or collected.
  • the mask pattern 120 of the shadow mask 100 may have an inclination such that when the thin film 10 is deposited on the substrate S, the mask pattern 120 may have a uniform thickness in the width direction of the thin film 10. For sake.
  • the mask pattern 120 of the shadow mask 100 is not inclined and is perpendicular to the upper surface of the substrate S, the upper surface of the substrate S corresponding to the edge area of the mask pattern 120 is formed.
  • a shadow phenomenon occurs, in which the thickness of the thin film deposited in the region of is thinner than other regions. In other words, in the thin film width direction, the thickness of the region of the edge is thinner than that of the center region, so that a shadow phenomenon in which the thickness is nonuniform occurs.
  • the mask pattern 120 through which the deposition material passes must be manufactured in a shape having an inclination.
  • a shadow mask having a plurality of mask patterns of the inclined shape as shown in Figure 2 by a method according to an embodiment of the present invention, a shadow having a pattern provided with a plurality of mask patterns 120 having an inclination The mask 100 is manufactured.
  • FIG. 4 The shape of the laser beam passing through the manufacturing apparatus of the shadow mask using the laser patterning according to the present invention as shown in FIG. 4, which is viewed from the front of the shape of the laser beam for the part corresponding to each number of FIG. will be.
  • No. 1 indicates the shape of the laser beam when the laser beam supplied from the laser of the beam supply unit 200 passes through the beam expander of the beam control unit 210
  • No. 2 is the diffraction optical unit 220
  • number 3 shows the shape of the laser beam branched through the diffraction optical unit 220
  • the number 4 is a masking unit 230, 240, 250
  • the number 5 is passed through the masking unit 230, 240, 250
  • the shape of the laser beam is the shape of the laser beam passed through the zoom lens unit 260
  • the number 7 corresponds to the shape of the laser beam irradiated on the base in the form of the final laser beam passed through the projection unit 270.
  • the laser beam is branched by passing through the number 2 diffraction optical unit 220, and the branched laser beams correspond to the masking patterns of the masking units 230, 240, and 250 in a 1: 1 correspondence, respectively.
  • the shape of the laser beam of the number 5 passing through the masking parts 230, 240 and 250 is implemented by edge sharpening while passing through the masking parts 230, 240 and 250, thereby enabling fine laser patterning. will be.
  • the number 6 corresponds to the shape of the laser beam passing through the zoom lens unit 260, the zoom lens unit 260 to adjust the distance between the lenses, so as to adjust the size or spacing of the laser beam pattern.
  • FIG. 5 is a view sequentially illustrating a method of manufacturing a shadow mask by the method according to the first embodiment of the present invention.
  • the zoom lens unit 260 and the projection unit 270 are omitted.
  • FIG. 6 is a diagram for describing a plurality of masking parts 230, 240, and 250 provided for manufacturing a shadow mask by the method according to the first embodiment of the present invention.
  • the masking pattern of the shadow mask for the method of manufacturing the shadow mask according to the first embodiment is in the form of openings 231a, 231b, and 231c penetrating the masking portions 230, 240, and 250 in the vertical direction. That is, in the first embodiment, each of the plurality of masking portions 230a, 230b, which has openings 231a, 231b, and 231c through which the laser beam L passes, and differs in sizes of the openings 231a, 213b, and 231c, respectively.
  • the shadow mask 100 having the inclined mask pattern 120 is prepared.
  • FIG. 6 a plurality of masking units 230a, 230b, and 230c will be described.
  • Three masking units 230a, 230b, and 230c are provided, for example, and are described below as a first masking unit 230a, a second masking unit 230b, and a third masking unit 230c.
  • the first masking part 230a is first used for irradiating the laser beam L, and has the largest area of the opening (hereinafter, the first opening 231a) among the three masking parts.
  • the second masking portion 230b is used next to the first masking portion 230a and has an opening (hereinafter, referred to as a second opening) having a smaller area than the first opening 231a of the first masking portion 230a. .
  • the third masking portion 230c is used last, and has an opening (hereinafter, referred to as a third opening 231c) having a smaller area than the second opening 231b of the second masking portion 230b.
  • the first to third openings 231a, 231b, and 231c provided in the first to third masking parts 230a, 230b, and 230c are provided to have concentric axes.
  • the areas of the first to third openings 231a, 231b, and 231c are smaller than the area of the laser beam L passing through the diffraction optical unit 220.
  • the laser beam L may always be irradiated with the same area, and the area thereof is larger than that of the first opening 231a.
  • the area of the laser beam L passing through the diffraction optical unit 220 is larger than that of the first to third openings 231a, 231b, and 231c. Therefore, among the laser beams L emitted from the diffraction optical unit 220, the laser beams L passing through the first to third openings 231a, 231b, and 231c are the zoom lens unit 260 and the projection unit 270. Is irradiated onto the base 110 through the laser beam, and the laser beam L directed toward an area outside the first to third openings 231a, 231b, and 231c is shielded or shielded, and irradiated to the base 110. I can't.
  • the distance between the lenses constituting the zoom lens unit 260 may be adjusted to adjust the distance and the pattern between the laser beams to irradiate the base 110. have.
  • three masking parts 230a, 230b, and 230c are used.
  • the present invention is not limited thereto, and two or more masking parts may be used.
  • first to third masking parts 230a, 230b, and 230c may be made of a chromium (Cr) -based material.
  • first to third masking parts 230a, 230b, and 230c are not limited thereto, and various materials capable of shielding or shielding the laser beam L may be applied. .
  • FIGS. 1 to 6 a method of manufacturing a shadow mask according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6.
  • the base 110 is provided and seated on the stage 130.
  • the base 110 according to the embodiment has a plate shape made of a metal, for example, an Invar alloy.
  • the laser beam passing through the diffraction optical unit 220 passes through the masking unit and passes through the zoom lens unit 260 and the projection unit 270 to reach the upper side of the base 110.
  • the distance between the lenses constituting the zoom lens unit 260 is adjusted according to the size and shape of the mask pattern.
  • the beam supply unit 200 is operated to output the laser beam L
  • the laser beam L passes through the first opening 231a of the first masking unit 230a to zoom in the zoom lens unit 260 and It is irradiated onto the base 110 through the projection unit 270.
  • the area of the laser beam L irradiated from the diffraction optical unit 220 to the first masking unit 230a is wider than the area of the first opening 231a, and when the masking unit passes through the masking unit, edge sharpening ( edge sharpening) is implemented to enable fine laser patterning.
  • edge sharpening edge sharpening
  • only the laser beam L passing through the first opening 231a is irradiated onto the base 110 among the laser beams L irradiated from the diffraction optical unit 220 toward the first masking unit 230a.
  • the laser beam L irradiated to a position other than the first opening 231a is shielded.
  • the area of the laser beam L irradiated from the diffraction optical unit 220 is wider than that of the first opening 231a of the first masking unit 230a, but is formed by the first masking unit 230a.
  • the laser beam L adjusted to the area corresponding to the one opening 231a is irradiated onto the base 110 (see FIG. 5A).
  • the coupling structure is broken in the area of the irradiated base 110 of the laser beam L.
  • the area of the base 110 to which the laser beam L is irradiated is removed to a predetermined depth.
  • a groove having a predetermined depth (hereinafter, referred to as a first groove 121) is generated.
  • the first masking part 230a moves to the outside of the base 110 and is positioned above the base 110.
  • the second masking part 230b is disposed.
  • the position of the second masking portion 230b is adjusted such that the center of the first groove 121 provided in the base 110 and the center of the second opening 231b of the second masking portion 230b are concentric axes. do.
  • the laser beam L passes through the second opening 231b of the second masking part 230b and irradiates onto the base 110. do.
  • the area of the laser beam L irradiated from the diffraction optical unit 220 to the second masking unit 230b is larger than the area of the second opening 231b.
  • the laser beam L passing through the diffraction optical unit 220 toward the second masking unit 230b only the laser beam L passing through the second opening 231b is formed on the base 110.
  • the laser beam L irradiated and irradiated to a position of an area other than the second opening 231b is shielded.
  • the laser beam L is irradiated by adjusting the area corresponding to the second opening 231b by the second masking portion 230b (see FIG. 5B).
  • the laser beam L irradiated through the second opening 231b is irradiated toward the first groove 121, and its area is smaller than that of the bottom surface of the first groove 121.
  • the laser beam L When the laser beam L is irradiated toward the bottom surface of the first groove 121 for a predetermined time, the laser beam L is removed to a predetermined depth by a reaction phenomenon such as breaking of the coupling structure in the irradiated base region of the laser beam L. Accordingly, as shown in FIG. 5C, a second groove 122 is formed below the first groove 121.
  • the second masking unit 230b When the second groove 122 is provided in the base 110 by the second masking unit 230b, the second masking unit 230b is moved outward, and the diffraction optical unit 220 and the zoom lens unit 260 are provided.
  • the third masking part 230c is disposed between the layers.
  • the position of the third masking portion 230c is adjusted so that the center of the second groove 122 provided in the base 110 and the center of the third opening 231c of the third masking portion 230c are concentric axes.
  • the position of the laser beam is adjusted by using the zoom lens unit 260 and the projection unit 270. Thereafter, when the beam supply unit 200 is operated to output the laser beam L, as illustrated in FIG. 5C, the laser beam L passes through the third opening 231c of the third masking unit 230c. The light is passed through the zoom lens unit 260 and the projection unit 270 to be irradiated onto the base 110.
  • the area of the laser beam L irradiated to the third masking part 230c is larger than the area of the third opening 231c. Accordingly, only the laser beam L passing through the third opening 231c of the laser beam L irradiated toward the third masking part 230c is irradiated onto the base 110, and the third opening 231c. The laser beam L irradiated to a position other than) is shielded.
  • the laser beam L is adjusted and irradiated with an area corresponding to the third opening 231c by the third masking portion 230c (see FIG. 5C).
  • the laser beam L irradiated through the third opening 231c is irradiated toward the second groove 122, and its area is smaller than that of the bottom surface of the second groove 122.
  • the predetermined structure is caused by a reaction phenomenon such as breaking of the coupling structure in the irradiated base 110 region of the laser beam L.
  • the third groove 123 is formed below the second groove 122, and is opened to the bottom of the base 110.
  • a third groove 123 is provided below the second groove 122 by a laser machining process using the third masking unit 230c.
  • the base 110 is moved upward and downward.
  • the mask pattern 120 penetrates the upper surface of the mask pattern 120, and the mask pattern 120 is manufactured to have a diameter or an inner diameter that gradually decreases toward the lower side.
  • a plurality of openings are provided in each of the first to third masking parts 230a, 230b, and 230c, and the laser beams branched through the diffraction optical part 220 correspond 1: 1 to pass through the masking pattern of the masking part. Therefore, the branched laser beam reaches the base 110 at the same time so that the plurality of mask patterns 120 are provided.
  • the shadow mask may be manufactured by forming a plurality of mask patterns 120 on the entire base 110 while moving the base 110 using the stage 130. have.
  • FIG. 7 is a diagram sequentially illustrating a method of manufacturing a shadow mask by the method according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a view for explaining a masking unit provided for manufacturing a shadow mask by the method according to the second embodiment of the present invention.
  • the shadow mask manufacturing method according to the second embodiment is a forming method using a phase shift mask technique, and is manufactured using the phase shift mask as the masking unit 240.
  • the patterning method using a phase shift mask is a well-known method which uses the mutual interference of transmitted light by giving a phase difference to the transmitted light.
  • the masking pattern of the shadow mask for the method of manufacturing the shadow mask according to the second embodiment is a method of using a masking part having a plurality of phase shifters 241, 242, and 243. That is, the masking part 240 according to the second embodiment of the present invention has a plurality of phase shifters 241, 242, and 243 arranged in a step shape on one masking part 240.
  • phase shifter mask PSM is a technique known in the art, and any one of a variety of known phase shifter masks PSM is used.
  • the phase shifter mask used as the masking unit 240 may include the phase shifters 241, 242, and 243 through which the laser beam L transmits on a body having a predetermined area. And a light shielding portion 244 positioned outside the phase shifters 241, 242, and 243, through which the laser beam L cannot pass.
  • a part of the body of the masking part 240 is a region where the phase shifters 241, 242, and 243 are provided, and a region around the phase shifters 241, 242, and 243 is shielded by the laser beam L from being shielded. Area.
  • a plurality of phase shifters 241, 242, and 243 are provided, and the plurality of phase shifters 241, 242, and 243 have different areas and are sequentially arranged in the height direction of the body to form a step shape. Achieve.
  • the plurality of phase shifters 241, 242, and 243 have a groove shape formed by processing a body.
  • the masking part 240 is formed with a first depth A1 from an upper surface of the body, and has a groove-shaped first phase shifter 241 having a first area, from an upper surface of the body.
  • the second phase of the groove shape having a second depth A2 deeper than the first depth A1 and having a second area smaller than the area of the first phase shifter 241 (first area A1).
  • the shifter 242 is formed with a third depth A3 deeper than the second depth from the upper surface of the body, and has a groove shape agent having an area smaller than the area (second area) of the second phase shifter 242.
  • the light shielding part 244 is provided in the outer side area
  • the first phase shifter 241, the second phase shifter 242, and the third phase shifter 243 thus provided are inverted by 60 °, 120 °, and 180 °, for example. Therefore, while the laser beam L irradiated from the upper side of the masking part passes through the first to third phase shifters 241, 242 and 243, the phase is gradually shifted or reversed.
  • phase of the laser beam L is continuously changed between the boundary between the first phase shifter 241 and the second phase shifter 242 and between the second phase shifter 242 and the third phase shifter 243.
  • the intensity change and the shift of the laser beam are shifted by the phase difference (for example, 60 °, 120 °, 180 °) between the first phase shifter 241, the second phase shifter 242, and the third phase shifter 243.
  • the laser beam is irradiated in a stepped distribution or shape as shown in FIG. 7B, but in practice, the laser beam is not irradiated stepwise due to the limitation of the resolution, and has a slope as shown in FIG. 7C. Is investigated.
  • the masking unit 240 having the first to third phase shifters 241, 242, and 243 as described above may be provided by etching a body.
  • the body may be formed of quartz (Quartz) that can transmit the laser beam (L), the first to third phase shifters (241, 242, 243) is provided in the body of quartz, the laser inside the body
  • a light blocking part 244 in the form of a film, a thin film, or a block blocking the beam L may be provided.
  • the light blocking portion 244 may not be provided inside the body, and may be provided to be positioned at an outer region of the first phase shifter 241 on the upper surface of the body.
  • the masking unit 240 processes the body itself to provide the groove-shaped first to third phase shifters 241, 242, and 243.
  • the present invention is not limited thereto and may have a structure in which a thin film capable of changing a phase of the laser beam L is formed on an upper surface of the body.
  • the phase shifter in the form of a thin film formed on the upper surface of the body is formed to have a stepped step shape in the height direction.
  • FIGS. 1 to 3 and 7. 7 illustrates the zoom lens unit 260 and the projection unit 270 omitted for convenience.
  • the base 110 is prepared and seated on the stage 130, and the masking unit 240 according to the second embodiment is disposed between the diffraction optical unit 220 and the zoom lens unit 260. Subsequently, when the beam supply unit 200 is operated to output the laser beam L, the laser beam L is irradiated toward the masking unit 240.
  • the laser beams L directed toward the first to third phase shifters 241, 242, and 243 pass through the zoom lens unit 260 and the projection unit 270 to form the base 110.
  • the laser beam L is not irradiated to the base 110, and its movement is blocked.
  • the laser beam L is irradiated from the upper side of the masking part 240 is gradually and continuously shifted in phase while passing through the first to third phase shifters 241, 242, and 243, FIG. 7B.
  • a mask pattern having a smaller inner diameter or width is provided in the base 110 toward the lower side.
  • FIG. 9 is a diagram sequentially illustrating a method of manufacturing a shadow mask by the method according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a view for explaining a masking unit provided for manufacturing a shadow mask by the method according to the third embodiment of the present invention. 9 illustrates the zoom lens unit 260 and the projection unit 270 omitted for convenience.
  • the shadow mask manufacturing method is a slit masking unit, and a shadow mask is manufactured using a slit mask.
  • the slit mask includes a plurality of light blocking films 252a, 252b, and 252c that block transmission of the laser beam L on or inside the body 251 through which the laser beam L can transmit. ), And the widths of the plurality of light blocking films 252a, 252b, and 252c are different, thereby controlling the intensity of the laser beam L irradiated onto the base 110 differently.
  • the masking unit 250 has a plurality of upper portions of the body 251.
  • the light blocking films 252a, 252b, and 252c are formed to be spaced apart from each other, and the spaced spaces are transmission regions through which the laser beam L transmits.
  • the widths of the light blocking films 252a, 252b, and 252c become narrower from the edge to the center in FIGS. 10A and 10B.
  • the masking part 250 is provided so that the transmissive area between the light shielding films 252a, 252b, and 252c and the light shielding films 252a, 252b, and 252c becomes wider from the edge toward the center. .
  • the intensity of the laser beam irradiated to the region of the base 110 positioned below the wide transmission region is below the relatively narrow transmission region. It is larger than the intensity of the laser beam L irradiated to the region of the base 110 located.
  • the laser beam L is irradiated to the base 110, and thus the intensity of the laser beam L irradiated from the edge toward the center direction. Is strong.
  • the base 110 is prepared and seated on the stage 130, and the masking unit 250 according to the third embodiment is disposed between the diffraction optical unit 220 and the zoom lens unit 260. Subsequently, when the beam supply unit 200 is operated to output the laser beam L, the laser beam L is irradiated toward the masking unit 250.
  • the laser beams L directed toward the first to third transmission regions 253a, 253b, and 253c of the masking unit 250 are the zoom lens unit 260 and the projection unit 270.
  • the laser beam L irradiated through the base 110 and irradiated toward the light shielding film 252a of the masking unit 250 is not irradiated to the base 110, and its movement is blocked.
  • the intensity of the laser beam (L) irradiated on the base 110 through the first transmission region 253a positioned at the edge it is located inside the body 251 compared to the first transmission region 253a.
  • the intensity of the laser beam L irradiated onto the base 110 by passing through the second transmission region 253b is large, and compared with the second transmission region 253b, the third transmission region ( The intensity of the laser beam L irradiated on the base 110 through 253c is large.
  • a mask pattern having a smaller inner diameter or width is provided in the base 110 toward the lower side.
  • the method for manufacturing the shadow masks according to the first to third embodiments of the present invention manufactures the shadow mask by a method of processing a mask pattern on a base by irradiating a laser beam, and thus, through the photolithography process. Compared to the method, the manufacturing procedure can be simplified. Thus, compared to the conventional method of manufacturing the shadow mask it is possible to save time for manufacturing the shadow mask.
  • the thickness of the base was inevitably reduced to 20 ⁇ m, and it was very difficult to handle such a thin shadow mask.
  • the thickness of the shadow mask can be made thicker than before. Accordingly, when the thin film pattern is formed on the substrate, there is an advantage in that the shadow mask is easily handled, and the thickness is thicker than in the prior art, thereby minimizing or preventing sagging of the shadow mask.
  • a tapered pattern may be processed by a simple method.
  • the light irradiation apparatus containing a diffraction optical system multiple mask patterns can be formed simultaneously on a base, and manufacture yield can be improved.

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Abstract

본 발명에 따른 섀도우 마스크의 제조 장치 및 방법은 베이스 상측에 제조하고자 하는 마스크 패턴과 대응하는 마스킹 패턴이 마련된 마스킹부를 위치시키는 과정 및 마스킹부 상측에서 레이저빔을 조사하여, 상기 마스킹부를 통과한 레이저빔으로 상기 베이스를 가공함으로써, 상기 베이스에 상기 마스킹 패턴과 대응하는 마스크 패턴을 마련하는 과정을 포함하고, 마스킹 패턴은 서로 다른 폭을 가지도록 복수개로 마련되며, 상기 베이스가 위치한 방향으로 갈수록 폭이 좁은 마스킹 패턴이 위치하도록 마련되어, 상기 마스킹부 상측에서 조사된 레이저빔이 상기 복수의 마스킹 패턴을 단계적으로 거치도록 하여 상기 베이스 상에 조사한다. 또한 위상 쉬프터 마스크와 슬릿 마스크를 이용하여 패턴 주변의 강도를 점진적으로 조절, 증착 마스크에서 요구하는 테이퍼 형태의 가공이 가능하게 할 수 있다.

Description

레이저 패터닝을 이용한 섀도우 마스크의 제조 장치 및 레이저 패터닝을 이용한 섀도우 마스크의 제조 방법
본 발명은 섀도우 마스크의 제조 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 미세 패턴의 형성이 용이하고, 제조 공정이 단순한 레이저 패터닝을 이용한 섀도우 마스크의 제조 장치 및 레이저 패터닝을 이용한 FMM 마스크 제조 방법에 관한 것이다.
액정표시장치(LCD; Liquid Crystal Display), 유기발광전계표시장치(OLED; Organic Light Emitting Device)와 같은 평판표시장치의 고해상도의 품질이 요구됨에 따라, 상기 평판표시장치의 제조에 필요한 패턴이 미세화되고 있다.
예컨대, 유기발광전계표시장치(OLED)를 제조하기 위해서는 R(Red), G(Green), B(blue) 각각의 유기 발광층의 패턴을 형성해야 하며, 패턴 형성을 위해서는 상기 R, G, B 패턴과 대응하는 사각, 마름모 등의 미세 패턴을 가지는 섀도우 마스크를 이용하여 증착함으로써 형성한다. 즉, 증착용 섀도우 마스크의 패턴을 통해 R, G, B 각각의 유기 발광 재료를 통과시키면, 상기 패턴과 대응하는 형태로 증착되어 R, G, B 각각의 발광 물질이 형성된다.
이러한 증착용 섀도우 마스크는 일반적으로 인바(invar)나 스테인레스 스틸과 같은 금속 재질의 마스크(FMM; Fine Metal Mask)가 주로 이용된다.
한편, 이러한 섀도우 마스크를 제조하는 방법은 포토리소그라피 공정을 통해 제조한다. 즉, 먼저 금속 재질로 이루어진 베이스 기재 상면에 포토레지스트(PR)를 코팅하는 과정, 포토레지스트(PR)를 가열하는 과정(Pre-bake), 증착용 섀도우 마스크에 형성하고자 하는 패턴과 대응하는 패턴을 가지는 포토 마스크를 포토레지스트(PR)가 도포된 베이스 기재 상에 위치시킨 후, 노광시키는 과정, 노광 후에 현상(Develop) 및 가열(Post-bake)하는 과정, 습식 에칭(wet-etching) 과정, 잔류하는 포토레지스트를 제거하는 스트립(PR strip) 과정을 거친다.
그런데, 전술한 바와 같이, UHD와 같은 고해상도 모바일의 유기발광전계표시장치(OLED)를 제조하기 위해서는 미세 패턴을 형성해야 하는데, 이를 위해서는 증착용 마스크의 패턴 또한 미세화되어야 하며, 가공된 패턴에 이상적으로 45도의 테이퍼 형태를 통해 방사형으로 증착되는 유기 물질이 패턴되어야 할 위치에 도달하기 전에 가파른 가공 구조로 인해 균일하게 도포가 되지 않는 이른바 섀도우 효과를 방지해야 한다.
예컨대 500 ppi의 고해상도 이상의 표시장치의 제조를 위해서는 30㎛ 이하의 미세 패턴을 형성해야 하며, 이에 따라 30㎛ 이하 미세 패턴을 가지는 증착용 FMM 섀도우 마스크를 제조해야 한다. 하지만, 상술한 과정을 거치는 포토리소그라피 방법은 등방성 에칭 진행이라는 습식 에칭의 근본적인 문제로 인해, 선형의 테이퍼 형태를 가진 30㎛ 이하 미세 패턴을 가공하기 어려운 문제가 있고, 이를 해결하기 위해 필름의 두께를 얇게 하고 패턴 형성 시에 전면과 후면에서 위에 기술한 습식 에칭을 반복 해야하는 단점이 있다.
현재 두께가 약 20㎛인 금속 필름을 베이스 기재로 사용하는데 얇은 섀도우 마스크의 두께로 인하여 컨트롤 또는 핸들링이 어려운 문제가 있고, 대면적 공정 시에는 마스크가 쳐지는 문제가 발생된다.
본 발명은 레이저를 이용하여 여러 공정을 거치지 않고 베이스 상에 미세(fine) 패턴을 직접 가공하는 장치에 관한 것으로서, 요구되는 패턴의 크기와 간격에 따라 적절히 설계된 광학계와 마스크 프로젝션을 이용하여 섀도우 마스크의 제작이 가능한 레이저 패터닝을 이용한 섀도우 마스크의 제조 장치의 제공을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 유기물 증착 등에 사용되는 섀도우 마스크에 필수 요소인 선형적 테이퍼를 포함하고, 습식 에칭법에서 구현하기 어려운 20㎛ 이하 미세 패턴의 형성이 용이하며, 제조 공정을 단순화시킨 레이저 패터닝 방법을 이용하는 섀도우 마스크의 제조 방법을 제공하여 10㎛ 급의 패턴이 필요한 모바일용 UHD 고해상도 AMOLED 등의 제작을 가능하게 한다.
또한, 본 발명은 미세 패턴을 가지면서 실제 공정 적용 시에 작업 또는 컨트롤이 용이하고, 대면적 적용 시에 섀도우 마스크의 쳐짐 등을 보완하여 공정 안정성을 확보할 수 있게 하여, 보다 두꺼운 섀도우 마스크 필름의 사용이 가능하게 할 수 있는 섀도우 마스크의 제조 방법을 제공한다.
상기 과제를 해결하기 위해서 본 발명은, 레이저 패터닝을 이용한 미세 마스크 패턴이 형성된 섀도우 마스크의 제조 장치에 있어서, 레이저빔을 공급하는 빔공급부와, 상기 빔공급부로부터 공급된 레이저빔의 위치와 크기를 조절하는 빔조절부와, 상기 레이저빔을 균일한 강도 분포를 가지는 복수의 레이저빔으로 분기하는 회절광학부와, 상기 분기된 레이저빔 각각이 1:1 대응되어 통과하도록 상기 마스크 패턴에 대응하는 마스킹 패턴이 형성되어 각 분기된 레이저빔의 가장자리를 섀도우하는 마스킹부와, 상기 마스킹부를 통과한 레이저빔들 간의 간격 및 패턴을 조절하는 줌렌즈부 및 상기 줌렌즈부를 통과한 레이저빔을 일정한 축소율을 가지도록 베이스 상에 전달하는 프로젝션부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 레이저 패터닝을 이용한 섀도우 마스크의 제조 장치를 기술적 요지로 한다.
또한, 상기 빔공급부에서 공급되는 레이저빔은, 금속 가공을 위한 수십 펨토 초에서 수백 나노초 사이의 펄스 폭을 갖는 펄스 레이저빔인 것이 바람직하다.
또한, 상기 빔공급부는, 레이저와, 상기 레이저 출력단에 위치되며 레이저빔을 상기 빔조절부로 전달하는 복수개의 미러(mirror)로 이루어진 것이 바람직하다.
또한, 상기 빔조절부는, 레이저빔의 위치를 자동으로 보상하는 빔안정화모듈과, 레이저빔의 크기를 조절하는 빔익스팬더로 이루어진 것이 바람직하며, 상기 빔안정화모듈은, 레이저빔의 위치를 감지하는 센서와, 모터에 장착된 복수개의 미러로 구성되어, 레이저빔의 위치를 자동으로 보상하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 회절광학부는, 빔조형기 및 빔스플릿터로 이루어진 회절광학소자(DOE)와, 분기된 레이저빔을 초점면인 상기 마스킹부에 전달하는 초점렌즈부로 이루어진 것이 바람직하며, 상기 회절광학소자(DOE)의 빔스플릿터에 의해 1~500개의 레이저빔으로 분기되며, 분기된 레이저빔 사이의 간격은 상기 회절광학소자로 만들어지는 패턴 크기의 0.1~50배인 것이 바람직하다.
여기에서, 상기 회절광학소자로 만들어지는 패턴의 크기는 베이스 상에서 만들어지는 마스크 패턴의 크기에 따라 상기 프로젝션부에 의한 1~50배의 광학축소비율로 결정되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 줌렌즈부는, 줌 레인지(zoom range)는 +/- 70%인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 베이스 상측에 제조하고자 하는 마스크 패턴에 대응하는 마스킹 패턴이 마련된 마스킹부를 위치시키는 과정 및 상기 마스킹부 상측에서 레이저빔을 조사하여, 상기 마스킹부를 통과한 레이저빔으로 상기 베이스를 가공함으로써, 상기 베이스에 상기 마스킹 패턴과 대응하는 형태의 패턴을 구성하는 과정을 포함하고, 상기 마스킹 패턴은 서로 다른 폭을 가지도록 복수 개로 마련되며, 상기 베이스가 위치한 방향으로 갈수록 폭이 좁은 마스킹 패턴이 위치하도록 마련되어, 상기 마스킹부 상측에서 조사된 레이저빔이 상기 복수의 마스킹 패턴을 단계적으로 거치도록 하여 상기 베이스 상에 조사하는 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크의 제조 방법을 기술적 요지로 한다.
여기에서, 상기 복수의 마스킹 패턴은 동심축을 가지도록 마련된 것이 바람직하다.
또한, 상기 마스킹부는 복수 개로 마련되며, 각 마스킹부에는 마스킹 패턴이 마련되고, 상기 마스킹 패턴은 상기 마스킹부의 일부 영역을 상하 방향으로 관통하도록 마련된 개구 형태이며, 상기 각 마스킹부에 마련된 상기 개구의 폭이 상이하고, 상기 마스킹부 상측에서 레이저빔을 조사하는 과정에 있어서, 상기 복수의 마스킹부 각각을 이용하여 상기 레이저빔을 조사하는 복수 번의 레이저빔 조사 과정을 포함하는 것이 바람직하다.
여기에서, 상기 복수의 마스킹부 각각을 이용하여 상기 레이저빔을 조사하는 과정에 있어서, 상기 복수 번의 레이저빔 조사 단계 중, 마지막 레이저빔 조사 단계로 갈 수록, 폭이 좁은 개구 형태의 마스킹 패턴을 가지는 마스킹부를 이용하여 레이저빔을 조사하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 마스킹부는 서로 다른 폭을 가지며, 상기 레이저빔을 서로 다른 각도로 위상 쉬프트시킬 수 있는 복수의 마스킹 패턴을 가지는 위상 쉬프터 마스크(PSM)이며, 상기 마스킹부 상측에서 레이저빔을 조사하는 과정에 있어서, 상기 위상 쉬프트 마스크(PSM) 형태인 상기 마스킹부 상측에서 레이저빔을 조사하여, 상기 레이저빔을 각각에서 위상 쉬프트가 가능한 상기 각 마스킹 패턴을 거치도록 상기 베이스 상에 조사하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 마스킹부는 레이저빔이 투과 가능한 바디와, 각각이 상기 바디 상에서 폭 방향으로 이격되도록 형성된 복수의 차광막과, 복수의 차광막 사이의 이격 공간이면서 레이저빔이 투과가 가능한 복수의 투과 영역을 포함하는 슬릿(Slit) 마스크이며, 외각 방향에서 바디의 중심 방향으로 갈수록 차광막의 폭이 얇아지도록 형성되고, 외각 방향에서 바디의 중심 방향으로 갈수록 투과 영역의 폭이 넓어지도록 형성되며, 상기 마스킹부 상측에서 레이저빔을 조사하는 과정에 있어서, 상기 슬릿(Slit) 마스크 형태인 상기 마스킹부 상측에서 레이저빔을 조사하여, 상대적으로 폭이 넓은 투과 영역의 하측에 대응하는 베이스 영역에 조사된 레이저빔의 강도가, 상대적으로 폭이 좁은 투과 영역의 하측에 대응하는 베이스 영역에 조사된 레이저빔의 강도에 비해 세도록 조사하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 마스킹부를 이용한 레이저빔의 조사 과정에 의해 상기 베이스 상에 하측으로 갈수록 내경이 좁아지는 마스크 패턴이 마련되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 베이스를 수평 이동시켜 상기 베이스 전면에 상호 이격된 복수의 마스크 패턴을 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 베이스는 금속을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명은 레이저를 이용하여 여러 공정을 거치지 않고 베이스 상에 미세(fine) 패턴을 직접 가공하는 장치에 관한 것으로서, 요구되는 패턴의 크기와 간격에 따라 적절히 설계된 광학계와 마스크 프로젝션을 이용하여 미세 패턴이 형성된 섀도우 마스크의 제작이 가능하도록 한 것이다.
또한, 명확한 이미지 패터닝을 하기 위해 마스킹부를 통해 엣지 샤프닝(edge sharpening)이 구현되도록 하고, 마스킹 패턴을 1:1로 통과한 레이저빔은 베이스 상에 각 패턴에 정해진 축소 비율로 대응되어 조사되도록 하여, 미세 패터닝이 가능하도록 한 것이다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 섀도우 마스크의 제조 방법에 의하면, 레이저빔을 조사하여 베이스 상에 패턴을 가공하는 방법으로 섀도우 마스크를 제조함에 따라, 포토리소그라피 공정을 통해 제조하는 종래의 방법에 비해, 그 제조 절차를 단순화할 수 있다. 이에, 종래의 섀도우 마스크의 제조 방법에 비해 마스크 제조를 위한 시간을 절약할 수 있다.
그리고 종래의 포토리소그라피 공정을 이용한 섀도우 마스크 제조시에는 포토레지스트를 도포하는 코팅기, 가열하는 히터, 노광기, 현상(develop)할 수 있는 수단, 에칭 수단, 스트립 수단 등 다양한 수단 및 장비들이 필요하다. 반면, 본 발명에 따른 섀도우 마스크의 제조 방법의 경우, 레이저빔을 조사할 수 있는 레이저 및 광학계와 마스크 프로젝션을 이용하여 섀도우 마스크를 제조할 수 있어, 종래에 비해 섀도우 마스크 제조를 위한 설비보다 간단해지며, 이에 따라 유지 보수를 위한 비용도 절약될 수 있는 효과가 있다.
또한, 환경적인 측면에서, 포토리소그라피 공정에서 불가피한 독성의 화학 물질의 사용, 폐기, 공기 및 수질 오염, 현장 작업자의 잠재적인 인체에의 영향 등을, 본 발명에서와 같이 레이저 직접 가공을 통해 전면적으로 배제할 수 있는 효과가 있다.
또한, 종래에는 선형 테이퍼 형성이 불가능한 등방 에칭성이라는 한계를 가진 포토리소그라피 공정을 통해 테이퍼 형태를 가진 미세 패턴을 가공해야 했기 때문에, 베이스의 두께를 20㎛ 정도로 얇게 할 수밖에 없었고, 이렇게 얇은 섀도우 마스크를 컨트롤 또는 핸들링 하기에는 매우 어려운 문제가 있었다. 하지만 본 발명에서는 포토리소그라피 공정이 아닌 레이저빔을 이용하여 베이스를 가공하여 패턴을 가공하므로, 섀도우 마스크의 두께를 종래에 비해 두껍게 할 수 있으며, 이에 따라 기판 상에 박막 패턴을 형성할 때, 섀도우 마스크의 컨트롤 또는 핸들링이 용이해지는 장점이 있고, 대면적에 적용할 경우 섀도우 마스크가 처지는 것을 최소화 또는 방지할 수 있다.
그리고, 마스킹부 없이 레이저만을 이용하여 베이스를 가공하여 섀도우 마스크를 제조하는 방법에 비해, 테이퍼 형상의 패턴을 간단한 방법으로 가공할 수 있고 갈바노 스캐너의 사용에 의한 위치 정확도 문제를 해결할 수 있다. 또한, 레이저빔을 조사하여 베이스와 반응 시 열을 최소화할 수 있는 나노초 또는 펨토초의 레이저를 사용할 수 있어, 열에 의한 섀도우 마스크의 불량 발생을 방지할 수 있다. 그리고, 회절 광학계를 포함하는 광 조사 장치를 이용함으로써, 베이스 상에 복수의 패턴을 동시에 형성할 수 있어, 제조 생산율을 향상시킬 수 있다.
도 1 - 본 발명의 실시예들에 따른 방법으로 제조되는 섀도우 마스크를 상측에서 바라면 평면도.
도 2 - 도 1에 대한 단면도.
도 3 - 본 발명에 따른 레이저 패터닝을 이용한 섀도우 마스크의 제조 장치에 대한 모식도.
도 4 - 본 발명에 따른 레이저 패터닝을 이용한 섀도우 마스크의 제조 장치에 있어서, 레이저빔의 형태를 나타낸 모식도.
도 5 - 본 발명의 제 1 실시예에 따른 방법으로 섀도우 마스크를 제조하는 방법을 순서적으로 나타낸 도.
도 6 - 본 발명의 제 1 실시예에 따른 방법에 의해 섀도우 마스크를 제조하기 위해 마련된 복수의 마스킹부를 설명하기 위한 도.
도 7 - 본 발명의 제 2 실시예에 따른 방법으로 섀도우 마스크를 제조하는 방법을 순서적으로 나타낸 도.
도 8 - 본 발명의 제 2 실시예에 따른 방법에 의해 섀도우 마스크를 제조하기 위해 마련된 마스킹부를 설명하기 위한 도.
도 9 - 본 발명의 제 3 실시예에 따른 방법으로 섀도우 마스크를 제조하는 방법을 순서적으로 나타낸 도.
도 10 - 본 발명의 제 3 실시예에 따른 방법에 의해 섀도우 마스크를 제조하기 위해 마련된 마스킹부를 설명하기 위한 도.
본 발명은 레이저를 이용하여 여러 공정을 거치지 않고 베이스 상에 픽셀 형태의 패턴을 직접 가공하는 장치에 관한 것으로서, 요구되는 패턴의 크기와 간격에 따라 적절히 설계된 광학계와 마스크 프로젝션을 이용하여 섀도우 마스크의 제작이 가능한 레이저 장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 레이저를 이용하여 베이스 상에 미세 마스크 패턴을 가공하여 섀도우 마스크를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 포토리소그라피 공정을 통해 제조하는 종래의 방법에 비해, 그 제조 절차를 단순화할 수 있다. 이에, 종래의 마스크의 제조 방법에 비해 섀도우 마스크 제조를 위한 시간을 절약할 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하고자 한다. 도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 방법으로 제조되는 섀도우 마스크를 상측에서 바라면 평면도이고, 도 2는 도 1에 대한 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 레이저 패터닝을 이용한 섀도우 마스크의 제조 장치에 대한 모식도이며, 도 4는 본 발명에 따른 레이저 패터닝을 이용한 섀도우 마스크의 제조 장치에 있어서, 레이저빔의 형태를 나타낸 모식도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 섀도우 마스크(100)는 증착 대상물(이하, 기판(S)) 상에 증착하고자 하는 원료가 통과 가능한 복수 개의 마스크 패턴(120)이 상호 이격 형성된 구조이다. 즉, 섀도우 마스크(100)는 베이스(110)와, 각각이 베이스(110)를 상하로 관통하도록 마련된 복수의 마스크 패턴(120)을 포함한다.
여기서, 복수의 마스크 패턴(120) 각각의 형상과, 복수의 마스크 패턴(120)이 배치된 형상 또는 배치 구조(즉, 마스크의 패턴)는 증착 피처리물인 기판(S) 상에 증착하고자 하는 박막(10) 패턴과 대응하는 형상이다. 여기서 복수의 마스크 패턴(120) 각각은 상술한 바와 같이 증착 원료가 통과하는 영역이고, 상기 베이스(110)의 영역 중, 복수의 마스크 패턴(120)이 형성된 영역을 제외한 영역은 증착 원료가 통과하지 않는 차단 영역이다.
즉, 상기 섀도우 마스크(100)는 원료가 통과하지 못하도록 차단하는 영역인 차단 영역과, 차단 영역 상에서 상호 이격 형성되며, 원료가 통과 가능한 복수의 마스크 패턴(120)로 이루어지며, 상술한 바와 같이, 복수의 마스크 패턴(120)이 배치된 형상 또는 배치 구조가 마스크의 패턴이다.
이러한 마스크 패턴을 갖는 섀도우 마스크를 제조하기 위한 본 발명에 따른 레이저 패터닝을 이용한 섀도우 마스크의 제조 장치는, 도 3에 도시된 바와 같이, 레이저 패터닝을 이용한 미세 마스크 패턴이 형성된 섀도우 마스크의 제조 장치에 있어서, 레이저빔을 공급하는 빔공급부(200)와, 상기 빔공급부(200)로부터 공급된 레이저빔의 위치와 크기를 조절하는 빔조절부(210)와, 상기 레이저빔을 균일한 강도 분포를 가지면서 복수의 레이저빔으로 분기하는 회절광학부(220)와, 상기 분기된 레이저빔 각각이 1:1 대응되어 통과하도록 상기 마스크 패턴에 대응하는 마스킹 패턴이 형성되어 각 분기된 레이저빔의 가장자리를 섀도우하는 마스킹부(230, 240, 250)와, 상기 마스킹부(230, 240, 250)를 통과한 레이저빔들 간의 간격 및 패턴을 조절하는 줌렌즈부(260) 및 상기 줌렌즈부(260)를 통과한 레이저빔을 일정한 축소율을 가지도록 베이스(110) 상에 전달하는 프로젝션부(270)로 크게 이루어진다.
본 발명에 따른 빔공급부(200)는 레이저빔, 바람직하게는 금속으로 이루어진 베이스의 가공에 적합한 수십 펨토 초에서 수백 피코 초 사이의 펄스(초단파 펄스, ultrashort pulse) 폭을 갖는 펄스 레이저 빔을 공급하도록 하는 것이다.
또한, 상기 빔공급부(200)는 상기 펄스 폭의 레이저빔을 출력하는 레이저(201)와, 상기 레이저(201) 출력단에 위치되며 레이저빔을 빔조절부(210)로 전달하는 복수개의 미러(mirror)(202)로 구성된다.
예컨대, 상기 레이저(201)는 XeF, KrF, ArF, XeCl 등의 나노초 영역의 엑시머 레이저, 나노초를 가지는 고체 레이저, 피코초(picosecond) 수준의 펄스폭(pulse width)을 가지는 피코초 레이저 또는 펨토초(femtosecond) 수준의 펄스 폭을 가지는 펨토초 레이저를 사용할 수 있다. 또한 레이저의 파장은 레이저의 종류를 막론하고 적외선 영역에서 가시 광선 및 자외선 영역까지 모두 사용할 수 있다. 물론 레이저의 종류는 상술한 종류에 한정되지 않고, 제조하고자 하는 섀도우 마스크의 기본 재료가 되는 베이스에 패턴이 마련되도록 가공할 수 있는 다양한 종류의 레이저의 적용이 가능하다.
그리고, 상기 빔조절부(210)는 상기 빔공급부(200)로부터 공급된 레이저빔의 위치와 크기를 조절하는 것이다. 즉, 레이저로부터 전달받은 레이저빔의 컨디셔닝, 예컨대 위치 보정과 광학계에 적합한 레이저빔의 크기로 조절하기 위한 것이다.
구체적으로, 상기 빔조절부(210)는 레이저빔의 위치를 자동으로 보상하는 빔안정화모듈(beam stabilization module)(211)과, 레이저빔의 크기를 조절하는 빔익스팬더(beam expander)(212)로 이루어진다.
상기 빔안정화모듈(211)은 레이저빔의 위치를 자동으로 보상해주는 기능을 하는 것으로서, 레이저빔의 위치 변화로 인해 성능에 크게 영향을 받는 후술할 회절광학부(220)의 회절광학소자(DOE)의 성능을 보완하기 위한 것이다.
구체적으로는 상기 빔안정화모듈(211)은 레이저빔의 위치를 감지하는 센서와, 모터에 장착된 복수 개의 미러로 구성되어, 레이저빔의 위치를 자동으로 보상하게 된다. 즉, 레이저빔의 기준(reference) 위치에서 어긋날 경우 상기 미러의 자동 동작으로 레이저빔을 기준 위치로 이동시켜, 회절광학소자의 성능을 보완하도록 한다.
그리고, 상기 빔익스팬더(212)는 레이저빔의 크기를 조절하는 것으로서, 구체적으로는 Galilean beam expander를 사용하여 레이저빔을 포커싱(focusing)시키지 않는 방식으로 레이저빔의 크기를 조절하게 되며, 두 개 이상의 렌즈를 이용하여 후술할 회절광학부(220)에 적합한 레이저빔의 크기로 조절하고자 하는 것이다. 또한, 상기 빔익스팬더(212)는 초단파 펄스 레이저에서 발생할 수 있는 포커싱 영역에서의 air break down을 방지하는 역할을 하게 된다.
그리고, 상기 회절광학부(220)는 상술한 바와 같이 광학계에 맞추어 컨디셔닝된 가우시안 강도 형태의 레이저빔을 균일한 강도 분포를 가지는 복수의 레이저빔으로 분기하는 것으로서, 구체적으로는 빔조형기(beam shaper)(221) 및 빔스플릿터(beam splitter)(222)로 이루어진 회절광학소자(DOE)와, 분기된 레이저빔을 초점면인 상기 마스킹부(230, 240, 250)에 전달하는 초점렌즈부로 이루어진다.
상기 회절광학소자(DOE)는 빔조형(beam shaping)과 분기(splitting)의 두 기능이 동시에 구현되도록 하는 것으로서, 빔조형기(221)와 빔스플릿터(222)로 구성된다. 상기 빔조형기(221)는 통상 flat-top 형태의 균일한 빔 분포를 형성하도록 하며, 상기 빔스플릿터(222)에 의해 1~500개의 레이저빔으로 분기되고, 분기된 레이저빔 사이의 간격은 상기 회절광학소자로 만들어지는 패턴 크기의 0.1~50배가 바람직하다.
여기에서, 상기 회절광학소자로 만들어지는 패턴의 크기는 베이스(110) 상에서 만들어지는 마스크 패턴의 크기에 따라 상기 프로젝션부(270)에 의한 1~50배의 광학축소비율로 결정되게 된다. 예를 들어 베이스에서 20㎛의 마스크 패턴의 크기가 5배의 광학축소비율로 프로젝션부(270)가 구현된다면, 마스킹부(230, 240, 250)에서의 패턴의 크기는 100㎛가 되도록 회절광학소자를 구성한다.
이러한 빔조형기(shaper)(221) 및 스플릿터(splitter)(228)에 의해, 조사되는 레이저빔이 복수개가 되므로, 동시에 복수의 패턴을 형성할 수 있어, 섀도우 마스크 제조 생산율이 향상되는 효과가 있다.
또한, 공정 시 고속 모션에, 온도에 민감하고, 스캔 필드의 왜곡, 대면적 공정에서 필드 이동 시에 필드 간의 스팃치(stitch) 에러를 발생할 수 있는 갈바노 스캐너의 사용을 배제하여 기판상에 패턴의 정확한 포지셔닝(positioning)이 가능한 장점이 있다.
그리고, 상기 회절광학소자에서 나오는 분기된 레이저빔은 상기 초점렌즈부를 통과하여 초점면인 상기 마스킹부(230, 240, 250)에 전달되어, 균일한 강도 분포의 레이저빔을 형성시키는 역할을 하는 것이다.
그리고, 상기 마스킹부(230, 240, 250)는, 상기 회절광학소자에서 분기된 레이저빔 각각이 1:1 대응되어 통과하도록 상기 마스크 패턴에 대응하는 마스킹 패턴이 형성되어 각 분기된 레이저빔의 가장자리를 마스킹하여, 레이저빔의 엣지부가 명확한 이미지를 형성하도록 하는 것이다. 즉, 명확한 이미지로의 패터닝을 하기 위해 마스킹부(230, 240, 250)를 통해 엣지 샤프닝(edge sharpening)이 구현되어, 마스킹 패턴을 1:1로 통과한 레이저빔은 베이스 상에 각 패턴에 정해진 축소 비율로 대응되어 조사되도록 하여, 미세 패터닝이 가능하도록 한 것이다.
이러한 마스킹부(230, 240, 250)는 레이저빔의 에너지에 따라 유리 또는 quartz 상에 크롬 코팅된 재질이나 메탈 마스크 또는 유전체 마스크 등을 사용할 수 있으며, 일반적으로 라인빔 등을 구성해 일정한 간격이 있는 마스킹 패턴으로 스크린 할 경우 패턴이 없는 부분에서의 손실을 피할 수 없는데 이 방법에 비해 패턴의 위치에만 빔을 보냄으로서 레이저 광효율성을 증대시킬 수 있다.
또한, 상기 마스킹부(230, 240, 250)는 마스킹 패턴이 서로 다른 폭을 가지도록 복수 개로 마련되며, 상기 베이스(110)가 위치한 방향으로 갈수록 폭이 좁은 마스킹 패턴이 위치하도록 마련되어, 레이저빔이 상기 복수의 마스킹 패턴을 단계적으로 거치도록 하며, 이에 대한 상세한 설명은 후술하도록 한다.
그리고, 상기 줌렌즈부(260)는 상기 마스킹부(230, 240, 250)를 통과한 레이저빔들 간의 간격 및 패턴을 조절하는 것으로서, 일반적으로 레이저빔의 패턴의 크기 조절을 위해서는 회절광학소자(DOE)와 마스킹부(230, 240, 250)의 크기를 바꾸어야 하나, 상기 줌렌즈부(260)에 의해 렌즈 사이의 간격을 조절하여 패턴의 형태와 그 간격을 조절할 수 있도록 한 것이다.
이러한 줌렌즈부(260)는 줌 레인지(range)가 +/-70% 정도가 되도록 하여, 레이저빔의 패턴의 크기를 마스크 패턴에 따라 조절할 수 있도록 한다.
그리고, 상기 프로젝션부(270)는 상기 줌렌즈부(260)를 통과한 레이저빔을 일정한 축소율을 가지도록 베이스(110) 상에 전달하는 하는 것으로서, 마스킹부(230, 240, 250)를 통과한 레이저빔의 이미지를 일정한 축소율을 가지고 기판의 이미지 면에 전달하는 역할을 하며, 이에 의해 형성된 패턴의 크기는 100nm에서 1000㎛ 정도가 된다.
이러한 본 발명에 따른 섀도우 마스크의 제조 장치에 의해 섀도우 마스크(100)를 제조하면, 도 2에 도시된 바와 같이, 섀도우 마스크(100)의 마스크 패턴(120)의 형상은 증착 대상물인 기판(S)이 위치한 방향으로 그 직경 또는 내경이 좁아지는 형상, 다시 말하면 마스크 패턴(120)의 횡단면의 형상이 예컨대, 사다리꼴의 형상이다. 다른 말로 설명하면, 마스크 패턴(120)을 둘러싸는 베이스(110)의 내벽면(111)은 소정의 경사(taper)를 가지며, 이때 내벽면(111)의 경사가 기판(S)이 위치한 방향으로 갈수록 내벽면(111) 사이의 이격 거리가 가까워지도록 또는 모아지도록 경사진 형상이다.
이렇게 섀도우 마스크(100)의 마스크 패턴(120)이 경사를 가지도록 하는 것은, 기판(S) 상에 박막(10)을 증착할 때, 박막(10)의 폭 방향으로 균일한 두께로 증착되도록 하기 위함이다. 예컨대, 섀도우 마스크(100)의 마스크 패턴(120)이 경사지지 않고, 기판(S) 상부면에 대해 수직인 형상인 경우, 상기 마스크 패턴(120)의 가장자리 영역에 대응하는 기판(S) 상부면의 영역에 증착된 박막의 두께가 다른 영역에 비해 얇은 현상인, 쉐도우(shadow) 현상이 발생된다. 다시 말하면, 박막 폭 방향에 있어서, 가장자리의 영역의 두께가 중앙 영역에 비해 얇아, 두께가 불균일한 쉐도우(shadow) 현상이 발생된다.
따라서, 쉐도우(shadow) 현상 발생을 방지하여, 균일한 두께의 박막(10) 패턴을 형성하기 위해서는 증착 원료가 통과하는 마스크 패턴(120)이 경사를 가지는 형상으로 제조되어야 한다.
본 발명에서는 경사진 형상의 복수의 마스크 패턴을 가지는 섀도우 마스크를 제조하는데 있어서, 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 도 2와 같이, 경사를 가지는 마스크 패턴(120)이 복수 개 마련된 패턴을 가지는 섀도우 마스크(100)를 제조하는 것이다.
상기와 같은 본 발명에 따른 레이저 패터닝을 이용한 섀도우 마스크의 제조 장치를 통과한 레이저빔의 형태를 도 4에 도시하였으며, 이는 도 3의 각 번호에 해당하는 부분에 대한 레이저빔의 형태를 정면에서 바라본 것이다.
번호 ①은 빔공급부(200)의 레이저로부터 공급된 레이저빔이 빔조절부(210)의 빔익스패더를 통과한 경우의 레이저빔의 형태를 나타낸 것이고, 번호 ②는 회절광학부(220), 번호 ③은 상기 회절광학부(220)를 통과하여 분기된 레이저빔의 형태를 나타낸 것이고, 번호 ④는 마스킹부(230, 240, 250), 번호 ⑤는 마스킹부(230, 240, 250)를 통과한 레이저빔의 형태, 번호 ⑥은 줌렌즈부(260)를 통과한 레이저빔의 형태, 번호 ⑦은 프로젝션부(270)를 통과한 최종 레이저빔의 형태로 베이스 상에 조사되는 레이저빔의 형태에 해당된다.
여기에서, 번호 ② 회절광학부(220)를 통과하여 레이저빔이 분기되었으며, 분기된 레이저빔은 각각 1:1 대응되어 마스킹부(230, 240, 250)의 마스킹 패턴을 통과하고, 번호 ④의 마스킹부(230, 240, 250)를 통과한 번호 ⑤의 레이저빔의 형태는 상기 마스킹부(230, 240, 250)를 통과하면서 엣지 샤프닝(edge sharpening)이 구현되어, 미세 레이저 패터닝이 가능하도록 한 것이다. 또한, 번호 ⑥은 줌렌즈부(260)를 통과한 레이저빔의 형태에 해당되며, 줌렌즈부(260)에서는 렌즈 사이의 거리를 조절하여, 레이저빔 패턴의 크기나 간격을 조절할 수 있도록 한다.
이하에서는 본 발명에 따른 레이저 패터닝을 이용한 섀도우 마스크의 제조 방법에 대해 설명하고자 한다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 방법으로 섀도우 마스크를 제조하는 방법을 순서적으로 나타낸 도면으로, 편의상 줌렌즈부(260) 및 프로젝션부(270)는 생략하여 도시하였다. 도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 방법에 의해 섀도우 마스크를 제조하기 위해 마련된 복수의 마스킹부(230, 240, 250)를 설명하기 위한 도면이다.
제 1 실시예에 따른 섀도우 마스크의 제조 방법을 위한 섀도우 마스크의 마스킹 패턴은 마스킹부(230, 240, 250)를 상하 방향으로 관통하는 개구(231a, 231b, 231c) 형태이다. 즉, 제 1 실시예에서는 각각에 레이저빔(L)이 통과하는 개구(231a, 231b, 231c)를 가지고, 개구(231a, 213b, 231c)의 크기가 서로 상이한 복수의 마스킹부(230a, 230b, 230c)를 이용하여 레이저빔(L)을 투과시켜 베이스(110)를 가공함으로써, 경사를 가지는 마스크 패턴(120)이 마련된 섀도우 마스크(100)를 제조한다.
먼저, 도 6을 참조하여, 복수의 마스킹부(230a, 230b, 230c)에 대해 설명한다. 마스킹부(230a, 230b, 230c)는 예컨대, 3개로 마련되며, 이하에서는 제 1 마스킹부(230a), 제 2 마스킹부(230b) 및 제 3 마스킹부(230c)로 설명한다.
여기서 제 1 마스킹부(230a)는 가장 먼저 레이저빔(L) 조사를 위해 사용되는 것으로, 3개의 마스킹부 중 개구(이하 제 1 개구(231a))의 면적이 가장 크다. 제 2 마스킹부(230b)는 제 1 마스킹부(230a) 다음으로 사용되는 것으로, 제 1 마스킹부(230a)의 제 1 개구(231a)에 비해 작은 면적의 개구(이하, 제 2 개구)를 가진다.
또한, 제 3 마스킹부(230c)는 마지막으로 사용되는 것으로, 제 2 마스킹부(230b)의 제 2 개구(231b)에 비해 작은 면적의 개구(이하, 제 3 개구(231c))를 가진다. 그리고 제 1 내지 제 3 마스킹부(230a, 230b, 230c) 각각에 마련된 제 1 내지 제 3 개구(231a, 231b, 231c)는 동심축을 가지도록 마련된다.
또한, 제 1 내지 제 3 개구(231a, 231b, 231c)의 면적은 회절광학부(220)를 통과하는 레이저빔(L)의 면적에 비해 작다. 이때 레이저빔(L)은 항상 동일한 면적으로 조사될 수 있는데, 그 면적이 제 1 개구(231a)에 비해 크다.
이에, 상기 회절광학부(220)를 통과한 레이저빔(L)의 면적은 제 1 내지 제 3 개구(231a, 231b, 231c)의 면적에 비해 크다. 따라서, 회절광학부(220)로부터 조사되는 레이저빔(L) 중, 제 1 내지 제 3 개구(231a, 231b, 231c)를 통과하는 레이저빔(L)은 줌렌즈부(260) 및 프로젝션부(270)를 통과하여 베이스(110) 상에 조사되고, 상기 제 1 내지 제 3 개구(231a, 231b, 231c) 외측 영역을 향하는 레이저빔(L)은 그 이동이 차폐 또는 차광되어 베이스(110)로 조사되지 못한다. 여기에서 필요에 의해 섀도우 마스크 상에 형성되는 마스크 패턴의 크기에 따라 상기 줌렌즈부(260)를 이루는 렌즈들 사이의 간격을 조절하여 레이저빔 간의 간격 및 패턴을 조절하여 베이스(110)에 조사할 수 있다.
상기에서는 3개의 마스킹부(230a, 230b, 230c)를 사용하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 2개 또는 4개 이상의 마스킹부를 사용할 수도 있다.
또한, 제 1 내지 제 3 마스킹부(230a, 230b, 230c)는 크롬(Cr) 계 물질로 이루어지나, 이에 한정되지 않고, 레이저빔(L)의 차폐 또는 차광이 가능한 다양한 재료의 적용이 가능하다.
이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 섀도우 마스크의 제조 방법을 설명한다.
먼저, 베이스(110)를 마련하여 스테이지(130) 상에 안착시킨다. 여기서 실시예에 따른 베이스(110)는 금속 예컨대 인바(invar) 합금으로 이루어진 플레이트 형상이다.
그리고, 회절광학부(220)를 통과한 레이저빔이 마스킹부를 통과한 후 줌렌즈부(260) 및 프로젝션부(270)를 통과하여 베이스(110) 상측에 도달하도록 한다. 여기에서, 마스크 패턴의 크기 및 형태에 따라 상기 줌렌즈부(260)를 이루는 렌즈들의 간격을 조절하여 맞춘다. 이어서, 상기 빔공급부(200)를 동작시켜 레이저빔(L)을 출력하면, 상기 레이저빔(L)이 제 1 마스킹부(230a)의 제 1 개구(231a)를 통과하여 줌렌즈부(260) 및 프로젝션부(270)를 통과하여 베이스(110) 상에 조사된다.
이때, 회절광학부(220)로부터 제 1 마스킹부(230a)로 조사되는 레이저빔(L)의 면적은 제 1 개구(231a)의 면적에 비해 넓게 형성되어, 상기 마스킹부를 통과하게 되면 엣지 샤프닝(edge sharpening)이 구현되어, 미세 레이저 패터닝이 가능하도록 한 것이다. 이에, 회절광학부(220)로부터 제 1 마스킹부(230a)를 향해 조사되는 레이저빔(L) 중, 제 1 개구(231a)를 통과하는 레이저빔(L) 만이 베이스(110) 상에 조사되고, 상기 제 1 개구(231a) 이외의 영역의 위치로 조사되는 레이저빔(L)은 차폐된다.
다른 말로 하면, 회절광학부(220)로부터 조사된 레이저빔(L)의 면적은 제 1 마스킹부(230a)의 제 1 개구(231a)에 비해 넓으나, 제 1 마스킹부(230a)에 의해 제 1 개구(231a)와 대응하는 면적으로 조절된 레이저빔(L)이 베이스(110) 상에 조사된다(도 5a 참조). 레이저빔(L)이 제 1 개구(231a)와 대응하는 면적으로 베이스(110) 상에 소정 시간 동안 조사되면, 레이저빔(L)의 조사된 베이스(110) 영역에서 결합 구조가 끊어지는 등의 반응 현상에 의해, 상기 레이저빔(L)이 조사된 베이스(110) 영역이 소정 깊이로 제거된다.
따라서, 도 5b에 도시된 바와 같이, 소정 깊이를 가지는 홈(이하, 제 1 홈(121))이 발생된다.
제 1 마스킹부(230a)에 의해 베이스(110)에 제 1 홈(121)이 마련되면, 제 1 마스킹부(230a)는 베이스(110)의 외측으로 이동시키고, 상기 베이스(110)의 상측에 제 2 마스킹부(230b)를 배치시킨다.
이때, 베이스(110)에 마련된 제 1 홈(121)의 중심과 제 2 마스킹부(230b)의 제 2 개구(231b)의 중심이 동심축이 되도록 상기 제 2 마스킹부(230b)의 위치를 조절한다.
이후, 레이저빔(L)을 출력하면, 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 레이저빔(L)이 제 2 마스킹부(230b)의 제 2 개구(231b)를 통과하여 베이스(110) 상에 조사된다. 이때, 회절광학부(220)로부터 제 2 마스킹부(230b)로 조사되는 레이저빔(L)의 면적은 제 2 개구(231b)의 면적에 비해 넓다.
이에, 회절광학부(220)를 통과하여 제 2 마스킹부(230b)를 향해 조사되는 레이저빔(L) 중, 제 2 개구(231b)를 통과하는 레이저빔(L) 만이 베이스(110) 상에 조사되고, 상기 제 2 개구(231b) 이외에의 영역의 위치로 조사되는 레이저빔(L)은 차폐된다.
즉, 레이저빔(L)은 제 2 마스킹부(230b)에 의해 제 2 개구(231b)와 대응하는 면적으로 조절되어 조사된다(도 5b 참조). 그리고 제 2 개구(231b)를 통과하여 조사되는 레이저빔(L)은 제 1 홈(121)을 향해 조사되며, 그 면적이 제 1 홈(121)의 바닥면에 비해 작다.
이러한 레이저빔(L)이 제 1 홈(121)의 바닥면을 향해 소정 시간 동안 조사되면, 레이저빔(L)의 조사된 베이스 영역에서 결합 구조가 끊어지는 등의 반응 현상에 의해 소정 깊이로 제거됨에 따라 도 5c와 같이 제 1 홈(121) 하측에 제 2 홈(122)이 발생된다.
그리고, 제 2 마스킹부(230b)에 의해 베이스(110)에 제 2 홈(122)이 마련되면, 제 2 마스킹부(230b)는 외측으로 이동시키고, 회절광학부(220)와 줌렌즈부(260) 사이에 제 3 마스킹부(230c)를 배치시킨다.
이때, 베이스(110)에 마련된 제 2 홈(122)의 중심과 제 3 마스킹부(230c)의 제 3 개구(231c)의 중심이 동심축이 되도록 상기 제 3 마스킹부(230c)의 위치를 조절하거나, 줌렌즈부(260) 및 프로젝션부(270)를 이용하여 레이저빔의 위치를 조절한다. 이후, 빔공급부(200)를 동작시켜 레이저빔(L)을 출력하면, 도 5c에 도시된 바와 같이, 상기 레이저빔(L)이 제 3 마스킹부(230c)의 제 3 개구(231c)를 통과하여 줌렌즈부(260) 및 프로젝션부(270)를 통과하여 베이스(110) 상에 조사된다.
이때, 제 3 마스킹부(230c)로 조사되는 레이저빔(L)의 면적은 제 3 개구(231c)의 면적에 비해 넓다. 이에, 제 3 마스킹부(230c)를 향해 조사되는 레이저빔(L) 중, 제 3 개구(231c)를 통과하는 레이저빔(L) 만이 베이스(110) 상에 조사되고, 상기 제 3 개구(231c) 이외의 영역의 위치로 조사되는 레이저빔(L)은 차폐된다.
즉, 레이저빔(L)은 제 3 마스킹부(230c)에 의해 제 3 개구(231c)와 대응하는 면적으로 조절되어 조사된다(도 5c 참조). 그리고 제 3 개구(231c)를 통과하여 조사되는 레이저빔(L)은 제 2 홈(122)을 향해 조사되며, 그 면적이 제 2 홈(122)의 바닥면에 비해 작다.
이러한 레이저빔(L)이 제 2 홈(122)의 바닥면을 향해 소정 시간 동안 조사되면, 레이저빔(L)의 조사된 베이스(110) 영역에서 결합 구조가 끊어지는 등의 반응 현상에 의해 소정 깊이로 제거됨에 따라 도 5d와 같이 제 2 홈(122) 하측에 제 3 홈(123)을 형성하는데, 이때 베이스(110)의 하부까지 개방되도록 한다.
따라서, 제 3 마스킹부(230c)를 이용한 레이저 가공 공정에 의해 제 2 홈(122) 하측에 제 3 홈(123)이 마련되어, 최종적으로 도 5d에 도시된 바와 같이, 베이스(110)를 상하 방향으로 관통하는 마스크 패턴(120)이 마련되며, 그 마스크 패턴(120)은 하측으로 갈수록 직경 또는 내경이 점차 좁아지는 형상으로 제조된다.
그리고 제 1 내지 제 3 마스킹부(230a, 230b, 230c) 각각에는 복수의 개구가 마련되어 있으며, 회절광학부(220)를 통과하여 분기된 레이저빔이 1:1 대응되어 마스킹부의 마스킹 패턴을 통과하게 되므로, 분기된 레이저빔이 베이스(110)에 동시에 도달하게 하여 복수의 마스크 패턴(120)이 마련되도록 한다. 또한, 베이스(110)의 면적이 큰 경우, 스테이지(130)를 이용하여 베이스(110)를 이동시키면서, 베이스(110) 전체에 대해 복수의 마스크 패턴(120)을 형성하여 섀도우 마스크를 제조할 수도 있다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 방법으로 섀도우 마스크를 제조하는 방법을 순서적으로 나타낸 도면이다. 도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 방법에 의해 섀도우 마스크를 제조하기 위해 마련된 마스킹부를 설명하기 위한 도면이다.
제 2 실시예에 따른 섀도우 마스크의 제조 방법은 위상 쉬프트 마스크(Phase Shift Mask) 기술을 이용한 형성 방법으로서, 마스킹부(240)로서 위상 쉬프트 마스크를 이용하여 제조한다. 위상 쉬프트 마스크를 이용한 패터닝 방법은 투과하는 광에 위상차를 줌으로써 투과광 상호간의 간섭을 이용하는 공지된 방법이다.
제 2 실시예에 따른 섀도우 마스크의 제조 방법을 위한 섀도우 마스크의 마스킹 패턴은 복수의 위상 쉬프터(241, 242, 243)를 가지는 마스킹부를 이용하는 방법이다. 즉, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 마스킹부(240)는 하나의 마스킹부(240)에 계단 형태로 배열된 복수의 위상 쉬프터(241, 242, 243)를 가진다.
위상 쉬프터 마스크(PSM)는 해당 기술 분야에서 공지된 기술이며, 공지된 다양한 위상 쉬프터 마스크(PSM)의 종류 중 어느 하나를 사용한다.
예컨대, 본 발명에서 마스킹부(240)로 사용하는 위상 쉬프터 마스크는 도 7에 도시된 바와 같이, 소정 면적을 가지는 바디 상에, 레이저빔(L)이 투과하는 위상 쉬프터(241, 242, 243)와, 위상 쉬프터(241, 242, 243)의 외측에 위치하며 레이저빔(L)이 투과하지 못하는 차광부(244)가 마련된 구성이다.
즉, 마스킹부(240)의 바디의 일부 영역은 위상 쉬프터(241, 242, 243)가 마련된 영역이고, 상기 위상 쉬프터(241, 242, 243) 주위의 영역은 레이저빔(L)이 차광되는 차광 영역이다.
이때, 위상 쉬프터(241, 242, 243)는 복수개로 마련되고, 복수의 위상 쉬프터(241, 242, 243)는 서로 다른 면적을 가지면서, 바디의 높이 방향으로 순차적으로 나열 배치되어, 계단 형상을 이룬다. 본 발명의 제 2 실시예에서는 복수의 위상 쉬프터(241, 242, 243)는 바디를 가공하여 형성한 홈 형상이다.
즉, 제 2 실시예에 따른 마스킹부(240)는 바디의 상부면으로부터 제 1 깊이(A1)로 형성되며, 제 1 면적을 가지는 홈 형상의 제 1 위상 쉬프터(241), 바디의 상부면으로부터 제 1 깊이(A1)에 비해 깊은 제 2 깊이(A2)로 형성되며, 제 1 위상 쉬프터(241)의 면적(제 1 면적(A1))에 비해 작은 제 2 면적을 가지는 홈 형상의 제 2 위상 쉬프터(242), 바디의 상부면으로부터 제 2 깊이에 비해 깊은 제 3 깊이(A3)로 형성되며, 제 2 위상 쉬프터(242)의 면적(제 2 면적)에 비해 작은 면적을 가지는 홈 형상의 제 3 위상 쉬프터(243)를 포함하고, 바디의 좌우 방향의 영역 중, 제 1 위상 쉬프터(241)의 외측 영역에 차광부(244)가 마련된다.
이렇게 마련된 제 1 위상 쉬프터(241), 제 2 위상 쉬프터(242), 제 3 위상 쉬프터(243)는 예컨대, 60°, 120°, 180° 반전된다. 따라서, 마스킹부의 상측으로부터 조사되는 레이저빔(L)이 제 1 내지 제 3 위상 쉬프터(241, 242, 243)를 통과하면서 점차적으로 위상이 쉬프트 또는 반전된다.
즉, 제 1 위상 쉬프터(241)와 제 2 위상 쉬프터(242)의 경계, 제 2 위상 쉬프터(242)와 제 3 위상 쉬프터(243) 사이에서 레이저빔(L)의 위상이 연속적으로 변하게 된다.
이때, 제 1 위상 쉬프터(241), 제 2 위상 쉬프터(242), 제 3 위상 쉬프터(243) 간의 위상차(예컨대, 60°, 120°, 180°)에 의해 레이저빔의 강도 변화 및 쉬프트되는데, 이론적으로는 도 7b에 도시된 바와 같은 계단식의 분포 또는 형상으로 레이저빔이 조사되지만, 실제적으로는 해상도의 한계로 인해 레이저빔이 계단식으로 조사되지 않고, 도 7c에 도시된 바와 같이 경사를 가지도록 조사된다.
상술한 바와 같은 제 1 내지 제 3 위상 쉬프터(241, 242, 243)를 가지는 마스킹부(240)는 바디를 식각하는 방법으로 마련할 수 있다.
그리고, 바디는 레이저빔(L)의 투과가 가능한 쿼츠(Quartz)로 마련될 수 있으며, 쿼츠로 이루어진 바디에 제 1 내지 제 3 위상 쉬프터(241, 242, 243)가 마련되고, 바디 내부에 레이저빔(L)을 차단하는 필름, 박막 또는 블록 형태의 차광부(244)가 마련될 수 있다. 물론, 바디 내부에 차광부(244)가 마련되지 않고, 바디의 상부면에서 제 1 위상 쉬프터(241)의 외측 영역에 위치되도록 마련될 수 있다.
상기에서는 제 2 실시예에 따른 마스킹부(240)가 바디 자체를 가공하여 홈 형상의 제 1 내지 제 3 위상 쉬프터(241, 242, 243)를 마련하는 것을 예를 들어 설명하였다. 하지만 이에 한정되지 않고, 바디의 상부면에 레이저빔(L)의 위상 변화가 가능한 박막이 형성된 구조일 수 있다. 이때, 바디의 상부면에 형성된 박막 형태의 위상 쉬프터는 높이 방향으로 단차가 있는 계단 형상이 되도록 형성된다.
이하, 도 1 내지 도 3 및 도 7을 참조하여, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 섀도우 마스크의 제조 방법을 설명한다. 도 7은 편의상 줌렌즈부(260) 및 프로젝션부(270)를 생략하여 도시한 것이다.
먼저, 베이스(110)를 마련하여 스테이지(130) 상에 안착시키고, 제 2 실시예에 따른 마스킹부(240)를 회절광학부(220)와 줌렌즈부(260) 사이에 배치시킨다. 이어서, 빔공급부(200)를 동작시켜 레이저빔(L)을 출력하면, 상기 레이저빔(L)이 마스킹부(240)를 향해 조사된다.
이때, 조사된 레이저빔(L) 중, 제 1 내지 제 3 위상 쉬프터(241, 242, 243)를 향하는 레이저빔(L)은 줌렌즈부(260) 및 프로젝션부(270)를 통과하여 베이스(110)에 조사되고, 마스킹부의 차광부(244)를 향해 조사된 레이저빔(L)은 베이스(110)로 조사되지 않고, 그 이동이 차단된다. 그리고 레이저빔(L)이 마스킹부(240)의 상측으로부터 조사되는 레이저빔이 제 1 내지 제 3 위상 쉬프터(241, 242, 243)를 통과하면서 점차적, 연속적으로 위상이 쉬프트 됨에 따라, 도 7b에 도시된 바와 같이, 베이스(110)에 하측으로 갈수록 그 내경 또는 폭이 좁아지는 마스크 패턴이 마련된다.
도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 방법으로 섀도우 마스크를 제조하는 방법을 순서적으로 나타낸 도면이다. 도 10은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 방법에 의해 섀도우 마스크를 제조하기 위해 마련된 마스킹부를 설명하기 위한 도면이다. 도 9는 편의상 줌렌즈부(260) 및 프로젝션부(270)를 생략하여 도시한 것이다.
도시된 바와 같이, 제 3 실시예에 따른 섀도우 마스크의 제조 방법에서는 슬릿(Slit) 마스킹부로서, 슬릿(slit) 마스크를 이용하여 섀도우 마스크를 제조하는 방법이다. 슬릿 마스크는 도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이, 레이저빔(L)의 투과가 가능한 바디(251) 상부 또는 내부에 레이저빔(L)의 투과를 차단하는 복수의 차광막(252a, 252b, 252c)이 형성되는데, 복수의 차광막(252a, 252b, 252c의 폭이 다르도록 함으로써, 베이스(110)로 조사되는 레이저빔(L)의 강도를 다르게 조절하는 것이다.
본 발명의 실시예에서와 같이 하측으로 갈수록 내경이 좁은 사다리꼴 또는 사각뿔 형상의 패턴을 가지는 섀도우 마스크를 제조하기 위해, 제 3 실시예에 따른 마스킹부(250)는 바디(251)의 상부에 복수의 차광막(252a, 252b, 252c) 패턴이 상호 이격되도록 형성되며, 이격된 공간이 레이저빔(L)이 투과하는 투과 영역이다. 바디(251) 상에 복수의 차광막(252a, 252b, 252c)이 형성되는데 있어서, 도 10a 및 도 10b에 가장자리로부터 중심 방향으로 갈수록 그 차광막(252a, 252b, 252c)의 폭이 좁도록 한다.
다른 말로 하면, 가장자리로부터 중심 방향으로 갈수록 차광막(252a, 252b, 252c 중 어느 하나)과 차광막(252a, 252b, 252c 중 어느 하나) 사이의 투과 영역의 폭이 넓도록 마스킹부(250)를 마련한다.
이러한 마스킹부(250)의 상측에서 레이저빔(L)을 조사할 경우, 넓은 투과 영역의 하측에 위치하는 베이스(110)의 영역에 조사되는 레이저빔의 강도가, 상대적으로 좁은 투과 영역의 하측에 위치하는 베이스(110)의 영역에 조사되는 레이저빔(L)의 강도에 비해 크다. 제 3 실시예의 경우, 가장자리로부터 중심 방향으로 갈수록 투과 영역의 폭이 넓으므로, 레이저빔(L)이 베이스(110)로 조사되는데 있어서, 가장자리로부터 중심 방향으로 갈수록 조사되는 레이저빔(L)의 강도가 세다.
이하, 도 1 내지 도 3, 도 9를 참조하여, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 섀도우 마스크의 제조 방법을 설명한다.
먼저, 베이스(110)를 마련하여 스테이지(130) 상에 안착시키고, 회절광학부(220) 및 줌렌즈부(260) 사이에 제 3 실시예에 따른 마스킹부(250)를 배치시킨다. 이어서, 빔공급부(200)를 동작시켜 레이저빔(L)을 출력하면, 상기 레이저빔(L)이 마스킹부(250)를 향해 조사된다.
이때, 조사된 레이저빔(L) 중, 마스킹부(250)의 제 1 내지 제 3 투과 영역(253a, 253b, 253c)을 향하는 레이저빔(L)은 줌렌즈부(260) 및 프로젝션부(270)를 통과하여 베이스(110)에 조사되고, 마스킹부(250)의 차광막(252a)을 향해 조사된 레이저빔(L)은 베이스(110)로 조사되지 않고, 그 이동이 차단된다.
이때, 가장자리에 위치한 제 1 투과 영역(253a)을 통과하여 베이스(110) 상에 조사된 레이저빔(L)의 강도에 비해, 제 1 투과 영역(253a)에 비해 바디(251)의 내측에 위치한 제 2 투과 영역(253b)을 통과하여 베이스(110) 상에 조사된 레이저빔(L)의 강도가 크고, 제 2 투과 영역(253b)에 비해 바디(251)의 내측에 위치한 제 3 투과 영역(253c)을 통과하여 베이스(110) 상에 조사된 레이저빔(L)의 강도가 크다.
이러한 영역 별 레이저빔(L)의 강도 변화에 의해, 도 9b에 도시된 바와 같이, 베이스(110)에 하측으로 갈수록 그 내경 또는 폭이 좁아지는 마스크 패턴이 마련된다.
이와 같이 본 발명의 제 1 내지 제 3 실시예에 따른 섀도우 마스크의 제조 방법은 레이저빔을 조사하여 베이스 상에 마스크 패턴을 가공하는 방법으로 섀도우 마스크를 제조함에 따라, 포토리소그라피 공정을 통해 제조하는 종래의 방법에 비해, 그 제조 절차를 단순화할 수 있다. 이에, 종래의 섀도우 마스크의 제조 방법에 비해 섀도우 마스크 제조를 위한 시간을 절약할 수 있다.
그리고 종래의 포토리소그라피 공정을 이용한 섀도우 마스크 제조시에는 포토레지스트를 도포하는 코팅기, 가열하는 히터, 노광기, 현상(develop)할 수 있는 수단, 에칭 수단, 스트립 수단 등 다양한 수단 및 장비들이 필요하다. 반면, 본 발명에 른 섀도우 마스크의 제조 방법의 경우, 레이저빔을 조사할 수 있는 광학계와 마스킹부를 이용하여 섀도우 마스크를 제조할 수 있어, 종래에 비해 섀도우 마스크 제조를 위한 설비가 간단해지며, 이에 따라 유지 보수를 위한 비용도 절약될 수 있는 효과가 있다.
또한, 종래에는 포토리소그라피 공정을 통해 미세 패턴을 가공해야 했기 때문에, 베이스의 두께를 20㎛로 얇게 할 수밖에 없었고, 이렇게 얇은 섀도우 마스크를 핸들링 하기에는 매우 어려운 문제가 있었다.
하지만 본 발명에서는 포토리소그라피 공정이 아닌 레이저와 마스크 패터닝을 이용하여 베이스를 가공하여 패턴을 가공하므로, (종래에 비해 두꺼운 베이스를 사용할 수 있어), 섀도우 마스크의 두께를 종래에 비해 두껍게 할 수 있으며, 이에 따라 기판 상에 박막 패턴을 형성할 때, 섀도우 마스크의 핸들링이 용이해지는 장점이 있고, 두께가 종래에 비해 두꺼워 섀도우 마스크가 처지는 것을 최소화 또는 방지할 수 있다.
그리고, 마스킹부없이 레이저만을 이용하여 베이스를 가공하여 섀도우 마스크를 제조하는 방법에 비해, 테이퍼 형상의 패턴을 간단한 방법으로 가공할 수 있다. 또한, 레이저빔을 조사하여 베이스 가공시에, 베이스와 반응시 열을 최소화할 수 있는 나노초 또는 펨토초의 레이저를 사용할 수 있어, 열에 의한 패턴 불량 발생을 방지할 수 있다. 그리고, 회절 광학계를 포함하는 광 조사 장치를 이용함으로써, 베이스 상에 복수의 마스크 패턴을 동시에 형성할 수 있어, 제조 생산율을 향상시킬 수 있다.

Claims (24)

  1. 레이저 패터닝을 이용한 미세 마스크 패턴이 형성된 섀도우 마스크의 제조 장치에 있어서,
    레이저빔을 공급하는 빔공급부;
    상기 빔공급부로부터 공급된 레이저빔의 위치와 크기를 조절하는 빔조절부;
    상기 레이저빔을 균일한 강도 분포를 가지는 복수의 레이저빔으로 분기하는 회절광학부;
    상기 분기된 레이저빔 각각이 1:1 대응되어 통과하도록 상기 마스크 패턴에 대응하는 마스킹 패턴이 형성되어 각 분기된 레이저빔의 가장자리를 섀도우하는 마스킹부;
    상기 마스킹부를 통과한 레이저빔들 간의 간격 및 패턴을 조절하는 줌렌즈부; 및
    상기 줌렌즈부를 통과한 레이저빔을 일정한 축소율을 가지도록 베이스 상에 전달하는 프로젝션부;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 레이저 패터닝을 이용한 섀도우 마스크의 제조 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 빔공급부에서 공급되는 레이저빔은,
    금속 가공을 위한 수십 펨토 초에서 수백 나노초 사이의 펄스 폭을 갖는 펄스 레이저빔인 것을 특징으로 하는 레이저 패터닝을 이용한 섀도우 마스크의 제조 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 빔공급부는,
    레이저와, 상기 레이저 출력단에 위치되며 레이저빔을 상기 빔조절부로 전달하는 복수개의 미러(mirror)로 이루어진 것을 특징으로 하는 레이저 패터닝을 이용한 섀도우 마스크의 제조 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 빔조절부는,
    레이저빔의 위치를 자동으로 보상하는 빔안정화모듈과, 레이저빔의 크기를 조절하는 빔익스팬더로 이루어진 것을 특징으로 하는 레이저 패터닝을 이용한 섀도우 마스크의 제조 장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 빔안정화모듈은,
    레이저빔의 위치를 감지하는 센서와, 모터에 장착된 복수개의 미러로 구성되어, 레이저빔의 위치를 자동으로 보상하는 것을 특징으로 하는 레이저 패터닝을 이용한 섀도우 마스크의 제조 장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 회절광학부는,
    빔조형기 및 빔스플릿터로 이루어진 회절광학소자(DOE)와, 분기된 레이저빔을 초점면인 상기 마스킹부에 전달하는 초점렌즈부로 이루어진 것을 특징으로 하는 레이저 패터닝을 이용한 섀도우 마스크의 제조 장치.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 회절광학소자(DOE)의 빔스플릿터에 의해 1~500개의 레이저빔으로 분기되며, 분기된 레이저빔 사이의 간격은 상기 회절광학소자로 만들어지는 패턴 크기의 0.1~50배인 것을 특징으로 하는 레이저 패터닝을 이용한 섀도우 마스크의 제조 장치.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 회절광학소자로 만들어지는 패턴의 크기는 베이스 상에서 만들어지는 마스크 패턴의 크기에 따라 상기 프로젝션부에 의한 1~50배의 광학축소비율로 결정되는 것을 특징으로 하는 레이저 패터닝을 이용한 섀도우 마스크의 제조 장치.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 마스킹부는,
    마스킹 패턴이 서로 다른 폭을 가지도록 복수 개로 마련되며, 상기 베이스가 위치한 방향으로 갈수록 폭이 좁은 마스킹 패턴이 위치하도록 마련되어, 레이저빔이 상기 복수의 마스킹 패턴을 단계적으로 거치도록 하는 것을 특징으로 하는 레이저 패터닝을 이용한 섀도우 마스크의 제조 장치.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 복수의 마스킹 패턴은 동심축을 가지도록 마련된 것을 특징으로 하는 레이저 패터닝을 이용한 섀도우 마스크의 제조 장치.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 마스킹부는 복수 개로 마련되며, 각 마스킹부에는 마스킹 패턴이 마련되고,
    상기 마스킹 패턴은 상기 마스킹부의 일부 영역을 상하 방향으로 관통하도록 마련된 개구 형태이며, 상기 각 마스킹부에 마련된 상기 개구의 폭이 상이하도록 형성되어, 상기 복수의 마스킹부 각각을 이용하여 복수 번의 레이저빔을 조사하는 것을 특징으로 하는 레이저 패터닝을 이용한 섀도우 마스크의 제조 장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 마스킹부는 서로 다른 폭을 가지며, 상기 레이저빔을 서로 다른 각도로 위상 쉬프트시킬 수 있는 복수의 마스킹 패턴을 가지는 위상 쉬프터 마스크(PSM)로 형성되어, 레이저빔을 각각에서 위상 쉬프트가 가능한 상기 각 마스킹 패턴을 거치도록 상기 베이스 상에 조사하는 것을 특징으로 하는 레이저 패터닝을 이용한 섀도우 마스크의 제조 장치.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 마스킹부는 레이저빔이 투과 가능한 바디와, 각각이 상기 바디 상에서 폭 방향으로 이격되도록 형성된 복수의 차광막과, 복수의 차광막 사이의 이격 공간이면서 레이저빔이 투과가 가능한 복수의 투과 영역을 포함하는 슬릿(Slit) 마스크이며,
    외각 방향에서 바디의 중심 방향으로 갈수록 차광막의 폭이 얇아지도록 형성되고,
    외각 방향에서 바디의 중심 방향으로 갈수록 투과 영역의 폭이 넓어지도록 형성되어,
    상기 슬릿(Slit) 마스크 형태인 상기 마스킹부 상측에서 레이저빔을 조사하여, 상대적으로 폭이 넓은 투과 영역의 하측에 대응하는 베이스 영역에 조사된 레이저빔의 강도가, 상대적으로 폭이 좁은 투과 영역의 하측에 대응하는 베이스 영역에 조사된 레이저빔의 강도에 비해 세도록 조사하는 것을 특징으로 하는 레이저 패터닝을 이용한 섀도우 마스크의 제조 장치.
  14. 제 1항 내지 제 13항 중의 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 베이스 상에 하측으로 갈수록 내경이 좁아지는 마스크 패턴이 마련되는 것을 특징으로 하는 레이저 패터닝을 이용한 섀도우 마스크의 제조 장치.
  15. 제 1항에 있어서, 상기 줌렌즈부는,
    줌 레인지(zoom range)는 +/- 70%인 것을 특징으로 하는 레이저 패터닝을 이용한 섀도우 마스크의 제조 장치.
  16. 베이스 상측에 제조하고자 하는 마스크 패턴에 대응하는 마스킹 패턴이 마련된 마스킹부를 위치시키는 과정; 및
    상기 마스킹부 상측에서 레이저빔을 조사하여, 상기 마스킹부를 통과한 레이저빔으로 상기 베이스를 가공함으로써, 상기 베이스에 상기 마스킹 패턴과 대응하는 형태의 패턴을 구성하는 과정을 포함하고,
    상기 마스킹 패턴은 서로 다른 폭을 가지도록 복수 개로 마련되며, 상기 베이스가 위치한 방향으로 갈수록 폭이 좁은 마스킹 패턴이 위치하도록 마련되어, 상기 마스킹부 상측에서 조사된 레이저빔이 상기 복수의 마스킹 패턴을 단계적으로 거치도록 하여 상기 베이스 상에 조사하는 것을 특징으로 하는 레이저 패터닝을 이용한 섀도우 마스크의 제조 방법.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 복수의 마스킹 패턴은 동심축을 가지도록 마련된 것을 특징으로 하는 레이저 패터닝을 이용한 섀도우 마스크의 제조 방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 마스킹부는 복수 개로 마련되며, 각 마스킹부에는 마스킹 패턴이 마련되고,
    상기 마스킹 패턴은 상기 마스킹부의 일부 영역을 상하 방향으로 관통하도록 마련된 개구 형태이며, 상기 각 마스킹부에 마련된 상기 개구의 폭이 상이하고,
    상기 마스킹부 상측에서 레이저빔을 조사하는 과정에 있어서,
    상기 복수의 마스킹부 각각을 이용하여 상기 레이저빔을 조사하는 복수 번의 레이저빔 조사 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 패터닝을 이용한 섀도우 마스크의 제조 방법.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 복수의 마스킹부 각각을 이용하여 상기 레이저빔을 조사하는 과정에 있어서,
    상기 복수 번의 레이저빔 조사 단계 중, 마지막 레이저빔 조사 단계로 갈 수록, 폭이 좁은 개구 형태의 마스킹 패턴을 가지는 마스킹부를 이용하여 레이저빔을 조사하는 것을 특징으로 하는 레이저 패터닝을 이용한 섀도우 마스크의 제조 방법.
  20. 제 17항에 있어서,
    상기 마스킹부는 서로 다른 폭을 가지며, 상기 레이저빔을 서로 다른 각도로 위상 쉬프트시킬 수 있는 복수의 마스킹 패턴을 가지는 위상 쉬프터 마스크(PSM)이며,
    상기 마스킹부 상측에서 레이저빔을 조사하는 과정에 있어서,
    상기 위상 쉬프트 마스크(PSM) 형태인 상기 마스킹부 상측에서 레이저빔을 조사하여, 상기 레이저빔을 각각에서 위상 쉬프트가 가능한 상기 각 마스킹 패턴을 거치도록 상기 베이스 상에 조사하는 것을 특징으로 하는 레이저 패터닝을 이용한 섀도우 마스크의 제조 방법.
  21. 제 18항에 있어서,
    상기 마스킹부는 레이저빔이 투과 가능한 바디와, 각각이 상기 바디 상에서 폭 방향으로 이격되도록 형성된 복수의 차광막과, 복수의 차광막 사이의 이격 공간이면서 레이저빔이 투과가 가능한 복수의 투과 영역을 포함하는 슬릿(Slit) 마스크이며,
    외각 방향에서 바디의 중심 방향으로 갈수록 차광막의 폭이 얇아지도록 형성되고,
    외각 방향에서 바디의 중심 방향으로 갈수록 투과 영역의 폭이 넓어지도록 형성되며,
    상기 마스킹부 상측에서 레이저빔을 조사하는 과정에 있어서,
    상기 슬릿(Slit) 마스크 형태인 상기 마스킹부 상측에서 레이저빔을 조사하여, 상대적으로 폭이 넓은 투과 영역의 하측에 대응하는 베이스 영역에 조사된 레이저빔의 강도가, 상대적으로 폭이 좁은 투과 영역의 하측에 대응하는 베이스 영역에 조사된 레이저빔의 강도에 비해 세도록 조사하는 것을 특징으로 하는 레이저 패터닝을 이용한 섀도우 마스크의 제조 방법.
  22. 제 16항 내지 제 21항 중의 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 마스킹부를 이용한 레이저빔의 조사 과정에 의해 상기 베이스 상에 하측으로 갈수록 내경이 좁아지는 마스크 패턴이 마련되는 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크의 제조 방법.
  23. 제 16항 내지 제 21항 중의 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 베이스를 수평 이동시켜 상기 베이스 전면에 상호 이격된 복수의 마스크 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 레이저 패터닝을 이용한 섀도우 마스크의 제조 방법.
  24. 제 16항 내지 제 21항 중의 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 베이스는 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 패터닝을 이용한 섀도우 마스크의 제조 방법.
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