WO2018066844A1 - 증착용 마스크로 사용되는 합금 금속박, 증착용 마스크 및 이들의 제조방법과 이를 이용한 유기 발광 소자 제조방법 - Google Patents

증착용 마스크로 사용되는 합금 금속박, 증착용 마스크 및 이들의 제조방법과 이를 이용한 유기 발광 소자 제조방법 Download PDF

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deposition mask
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alloy metal
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양홍석
이재곤
김현태
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Definitions

  • the present invention relates to a deposition mask in which a plurality of fine through holes are formed in a metal foil, a metal foil used for the same, and a manufacturing method thereof. Moreover, it is related with the method of manufacturing organic electroluminescent element using the said vapor deposition mask.
  • VR virtual reality
  • organic EL display devices having fast response speed, wide viewing angle, excellent contrast, and low power consumption are attracting attention.
  • the higher the resolution the higher the realism of VR devices, which is required to improve the quality of the future.
  • a method of forming pixels of such an organic EL display device a method of forming pixels of a desired pattern using a deposition mask having through holes in an array of patterns to be formed is known. Specifically, a deposition mask including arrays of through holes is in close contact with the organic EL display substrate to form pixels of an organic material to be deposited by a vacuum deposition method.
  • a deposition mask may be manufactured by coating a photoresist film on a metal foil, forming a pattern of the photoresist using photolithography technology, and then forming a hole (through hole) penetrating the metal foil by wet or dry etching. .
  • the roughness of the metal foil which is the raw material of the deposition mask, has become an important characteristic. If the pattern is formed on the metal foil having high roughness, the shape of the pattern becomes inaccurate and the uniformity is lowered. Therefore, a problem that may not be suitable for a high-resolution deposition mask appears.
  • a method of manufacturing a thin thickness may be possible.
  • the thickness is too thin to a level of 20 ⁇ m or less accompanied by a decrease in strength, there is also a problem that is accompanied by the possibility of deformation of the substrate and difficulties in operation when manufacturing the deposition mask.
  • Each embodiment of the present invention is derived to solve the above-described problems, in particular, when the metal foil is etched to produce a deposition mask, a deposition mask including a metal foil and a fine pattern that can precisely fine pattern Make it available.
  • the present invention provides a Fe-Ni alloy metal foil used as a deposition mask, and the metal foil according to one embodiment is used as a deposition mask including 34% by weight to 46% by weight of Ni and the balance of Fe and unavoidable impurities.
  • the metal foil includes a pattern forming region and a plain region on at least one surface, the pattern forming region is thinner than the plain region, the surface roughness is small, the plain region is the metal foil
  • a Fe—Ni alloy metal foil used as a deposition mask that is located at the edge of the pattern surrounding the pattern formation region.
  • the pattern forming region may have a thickness corresponding to 25 to 88% of the thickness of the plain region, and the pattern forming region may have a thickness in a range of 5 to 15 ⁇ m.
  • the Fe-Ni alloy metal foil is produced by electroforming, and the roughness of the pattern formation region is lower than that of the plain region.
  • the surface roughness of the pattern forming region may have a value of 30% or more and 80% or less of the surface roughness value of the plain region.
  • the surface of the Fe-Ni alloy metal foil containing Ni: 34 to 46% by weight and the balance Fe and unavoidable impurities is chemically polished to the inner region excluding the edges, thereby reducing the thickness of the inner region. It provides a method for producing a Fe-Ni alloy metal foil used as a deposition mask, characterized in that.
  • the method may further include forming a thin layer by performing chemical polishing on the entire region of the opposite surface of the Fe—Ni alloy metal foil.
  • a deposition mask in which a through-hole of a predetermined pattern is formed in a Fe—Ni alloy metal foil including Ni: 34 to 46 wt% and the balance Fe and unavoidable impurities.
  • a pattern forming region in which a through hole of a predetermined pattern is formed, and a deposition mask having a thickness thicker than that of the pattern forming region and a plain region that does not include the through hole.
  • the pattern forming region may have a thickness corresponding to 25 to 88% of the thickness of the plain region.
  • the pattern formation region may have a thickness in a range of 5 to 15 ⁇ m.
  • the inner wall surface of the through hole is inclined so as to widen the gap from the one surface including the pattern formation region and the plain region toward the opposite surface.
  • the Fe—Ni alloy metal foil is manufactured by electroforming, and the roughness of the pattern forming region may be lower than that of the plain region.
  • the surface roughness of the pattern forming region may have a value of 30% or more and 80% or less of the surface roughness value of the plain region.
  • the inner wall surface of the through hole may include a plurality of stripes in a direction parallel to the deposition mask surface.
  • the deposition mask may have a surface roughness lower than a surface roughness of the uncoated region on an opposite surface of the surface including the pattern formation region and the uncoated region.
  • the present invention further provides a method for manufacturing a deposition mask having a through hole by forming a photoresist pattern in the inner region of the prepared Fe-Ni alloy metal foil for masking as described above.
  • the through hole may be formed by forming and etching a photoresist pattern corresponding to the photoresist pattern on an opposite surface of the alloy foil.
  • the present invention also provides a method for manufacturing an organic EL device comprising laminating the provided deposition mask on an organic EL display substrate, and vacuum depositing the deposition target organic material to transfer the mask pattern.
  • the present invention by controlling the roughness of the metal foil, which is the raw material of the deposition mask, there is an effect that it is possible to provide a metal foil and a deposition mask having a high precision of the pattern and a high uniformity between the patterns.
  • the manufacturing method of the metal foil which is an vapor deposition mask raw material, and the vapor deposition mask which are one Embodiment of this invention there exists an effect which can provide the vapor deposition mask which accompanies the said characteristic, maintaining intensity
  • 1 is a view showing a process diagram for manufacturing a deposition mask by way of example.
  • FIG. 2 is a graph schematically showing a change in surface roughness of a metal foil with time of chemical polishing.
  • 3 is a plan view image of the 3-D profile of the metal foil surface with time of chemical polishing.
  • FIG. 4 is a perspective image of a 3-D profile of a metal foil surface over time of chemical polishing.
  • FIG. 5 is an optical image of a through hole formed in a metal foil when a pattern formed by etching is formed on the metal foil before and after chemical polishing.
  • the thickness of the metal foil is thick when forming the through hole pattern, so that interference between adjacent patterns occurs during the etching process.
  • a technical difficulty in obtaining a high-resolution pattern such as the inability to form an accurate pattern
  • a thin metal foil having a thickness of 20 ⁇ m or less the strength is lowered, and the substrate is deformed when the deposition mask is produced. This appears, there is a problem that is accompanied by difficulties in operation and handling.
  • the present invention is to provide a method for manufacturing a deposition mask and a mask that can form an accurate pattern while using a thick metal foil.
  • the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
  • the present invention uses a Fe—Ni alloy as the deposition mask.
  • Fe-Ni alloy if it contains 34-46 weight% of Ni, and remainder becomes iron and an unavoidable impurity, it can use without particular limitation.
  • the Fe-Ni metal foil may be obtained by rolling, as well as metal foil obtained by electroforming (electroforming).
  • the rolling method is a method in which Fe and Ni are cast in an ingot, followed by repeated rolling and annealing to form a metal foil.
  • the Fe-Ni-based alloy metal foil prepared by the rolling method has high elongation and a surface. Because of the smooth cracks are difficult to occur. However, it is difficult to manufacture a width of 1 m or more due to mechanical constraints in manufacturing, and in the case of ultra-thin (50 ⁇ m or less), too much manufacturing cost is required. In addition, even if the metal foil is manufactured by the rolling method in view of the disadvantage in terms of the manufacturing cost, there is a disadvantage that the mechanical properties are inferior due to the coarse average grain size of the structure.
  • the electrolytic solution is supplied through a liquid supply nozzle in a gap surrounded by a pair of arc-shaped anodes opposed to a rotating cylindrical cathode drum installed in an electrolytic cell, so that current flows through the metal to supply metal to the surface of the cathode drum.
  • It is a method of making it into metal foil by electrodeposition, peeling it off, and winding up.
  • the metal foil manufactured by the electrophoresis method has an advantage that the average grain size is fine, so that the mechanical properties are excellent. Furthermore, the metal foil can be manufactured even at a low manufacturing cost, and thus has a low manufacturing cost.
  • the metal foil manufactured through the electroforming method basically has a high roughness, and when the surface roughness is high, there are many problems in forming through holes having a fine pattern.
  • the photoresist pattern is formed on a plane with high illuminance, the pattern is distorted so that a normal shape is not formed.
  • the etching is performed on such a pattern, the outermost outline forming the pattern is nonlinearly formed.
  • the through hole is distorted, and the shape of the organic material deposited using the same is deviated from the shape to be made first, and the nonuniformity of the shape is enlarged as a whole.
  • the present invention in the metal foil by the rolling method, as well as the metal foil by the rolling method, even if a thick metal foil is used for the convenience of handling in operation, to form an accurate pattern, in particular, in the case of the metal foil by the rolling method It is necessary to form a fine pattern through hole by keeping the surface roughness low.
  • the present invention includes the step of chemical polishing one surface of the metal foil.
  • the chemical polishing of the metal foil is not performed on the entire surface, but it is preferable to perform chemical polishing partially on the region where the through hole is formed, that is, the pattern forming region. If it is to be polished against the entire surface, it is sufficient to use a metal foil having a predetermined thickness, but in this case, the thickness of the metal foil is thin so that it is not easy to precisely form the through holes.
  • the pattern forming region is formed to a thickness suitable for precisely forming the through holes.
  • the surface roughness can be reduced by such chemical polishing, whereby the outermost line is nonlinear when forming the through-hole pattern by etching. Can be prevented from being formed.
  • the edge of the metal foil in a plain area without performing chemical polishing, it is possible to provide the overall mechanical strength with respect to the metal foil, thereby ensuring ease of handling during work. More specifically, it is possible to prevent the distortion due to the plain area during handling of the mask, and in manufacturing the organic EL display, the deposition mask is fixed to the invar frame, and the edge plain area provides rigidity and sags the mask. Can be suppressed to enable more accurate transfer of the pattern.
  • a protection capable of protecting the metal surface so that the edge of the metal foil can be present as a plain area from the chemical polishing liquid After the layer is formed, chemical polishing may be performed.
  • Photoresist may be used as the protective layer, and after coating the entire area of the metal foil, the pattern forming area and the non-coating area may be distinguished using a photolithography process. Can be used
  • the opposite surface of the metal foil may be subjected to chemical polishing.
  • the chemical polishing of the opposite surface may be partially polished on the portion corresponding to the pattern forming region of the one surface, and may also be polished on the entire surface.
  • a Fe—Ni alloy metal foil that can be used as a deposition mask can be manufactured.
  • the metal foil thus obtained has a different thickness between the plain region and the pattern formation region. That is, since the pattern forming region is polished by chemical polishing, the thickness of the pattern forming region is thinner than that of the plain region, thereby forming a more precise through hole pattern.
  • the pattern forming region obtained by the chemical polishing is to be adjusted to the thickness of the pattern forming region by performing the chemical polishing to have a thickness that can accurately form the through-hole pattern, it is not particularly limited, but examples For example, chemical polishing may be performed to have a thickness of 5 to 40 ⁇ m, more preferably 5 to 20 ⁇ m. If it has a thickness within the above range it is possible to implement the through-hole with high precision more easily.
  • the thickness control of the pattern forming region by chemical polishing may be formed to have a thickness of about 25 to 88% with respect to the thickness of the metal foil provided as the material, that is, the thickness of the plain region. If the thickness is larger than the above, the thickness reduction of the pattern forming region due to chemical polishing is small, and thus, the advantage obtained in the formation of the through hole pattern is small. Although it is preferable to form, it is relatively time-consuming for chemical polishing and contributes to further surface planarization in terms of lowering surface roughness.
  • the surface of the pattern forming region is flattened by such chemical polishing, and has a surface roughness value which is significantly lower than that of the plain region. As the time for performing the chemical polishing increases, the surface roughness value is lowered, contributing to the surface flattening, but the degree tends to decrease gradually.
  • the pattern forming region is 30 to 80% of the surface roughness value of the plain region of the surface roughness by chemical polishing It is preferable to perform chemical polishing to have a value of.
  • a predetermined photoresist pattern is formed in the pattern formation region.
  • the photoresist is generally applicable to the method.
  • a photoresist pattern is formed in the pattern formation region according to a through hole pattern to be obtained.
  • a photoresist pattern is formed on the opposite surface of the metal foil to a portion corresponding to a portion where the through hole of the pattern formation region is formed.
  • the portion where the photoresist pattern is not formed by etching is etched (etched) to form through holes.
  • the etching may not only form a through hole by etching the pattern forming region, but may also etch a predetermined thickness with respect to the pattern forming region, and then form a through hole by etching with an etching solution on the opposite side.
  • the inner wall surface has a structure in which the width of the through hole is narrowed from one surface to the opposite surface, and a through hole having a structure in which the narrowest portion of the width of the through hole exists in the middle region of the cross section of the metal foil can be obtained.
  • the deposition mask as shown in Fig. 1E can be obtained by removing the photoresist formed on the surface of the metal foil.
  • the Fe-Ni alloy metal foil is a metal foil obtained by the electroforming method
  • a plurality of stripes are formed on the inner wall surface of the through hole.
  • the plurality of stripes formed in the planar direction may be formed inside the metal foil manufactured through the pole as a part that plays an important role in obtaining a beautiful surface in polishing the surface layer in layers at the time of chemical polishing.
  • the mask thus obtained is laminated on the organic EL display substrate, and the organic EL element can be manufactured by vacuum depositing the organic substance to be deposited in the same pattern as the pattern of the mask.
  • the deposition mask when the organic material is deposited using the deposition mask according to the present invention, the deposition mask is attached to a substrate to be deposited, and for this purpose, the deposition mask is fixed to a thick invar frame.
  • the deposition mask having a low strength may be defective or not reused through various processes, but the deposition mask according to the present invention may have a very thin thickness in the pattern formation region, thereby accurately forming the through-hole pattern.
  • the non-blank region is present at the edge, the overall mask strength can be increased, thereby reducing the defect rate and improving operational efficiency at the time of manufacture.
  • Chemical polishing was carried out using a polishing liquid (13.5 wt% sulfuric acid, 1.5 wt% hydrogen peroxide and 85 wt% pure water) of a Fe-Ni alloy metal foil (15 ⁇ m thick) containing 34 wt% to 46 wt% of Ni prepared by electroforming. It was. Chemical polishing was performed at a surface etching rate of 0.2 ⁇ m / sec to adjust the chemical polishing performance time as shown in Table 1 below.
  • FIG. 3 is a plan view image of the 3-D profiler of the surface
  • FIG. 4 is a perspective image of the 3-D profiler of the surface.
  • the metal foils obtained in Comparative Examples 1 and 3 were formed through surface photolithography and then etched to form through holes.

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Abstract

본 발명은 금속박에 복수개의 미세한 관통 홀을 형성한 증착용 마스크, 이에 사용되는 금속박 및 그 제조방법, 그리고, 상기 증착용 마스크를 사용하여 유기 EL 소자를 제조하는 방법에 관한 것으로서, Ni: 34~46중량%와 잔부 Fe 및 불가피 불순물을 포함하는 증착용 마스크로 사용되는 Fe-Ni 합금 금속박으로서, 상기 금속박은 적어도 일면에 패턴 형성 영역과 무지 영역을 포함하되, 상기 패턴 형성 영역은 상기 무지 영역에 비하여 두께가 얇고, 표면조도가 작으며, 상기 무지 영역은 상기 금속박의 가장자리에 위치하여 패턴 형성 영역을 포위하는 것인 증착용 마스크로 사용되는 Fe-Ni 합금 금속박을 제공한다.

Description

증착용 마스크로 사용되는 합금 금속박, 증착용 마스크 및 이들의 제조방법과 이를 이용한 유기 발광 소자 제조방법
본 발명은 금속박에 복수개의 미세한 관통 홀을 형성한 증착용 마스크, 이에 사용되는 금속박 및 그 제조방법에 관한 것이다. 또한, 상기 증착용 마스크를 사용하여 유기 EL 소자를 제조하는 방법에 관한 것이다.
최근 스마트기기의 대중화와 함께 VR(가상현실) 기기의 요구가 높아져 가고 있는 가운데, 응답속도가 빠르고, 시야각이 넓으며, 컨트라스트가 우수할 뿐만 아니라 소비 전력의 낮은 유기 EL 디스플레이 장치가 주목을 받고 있다. 특히 VR은 해상도가 높아질수록 더욱 높은 현실감을 제공해주기 때문에 향후 VR기기들의 화질 향상이 더욱 요구되고 있다.
고화질의 유기 EL 디스플레이를 제조하기 위해서는 디스플레이 장치 화소의 미세화가 요구된다. 이러한 유기 EL 디스플레이 장치의 화소를 형성하는 방법은 형성하고자 하는 패턴의 배열로 관통 홀을 갖는 증착용 마스크를 사용하여 원하는 패턴의 화소를 형성하는 방법이 알려져 있다. 구체적으로는, 관통 홀의 배열들을 포함하는 증착용 마스크를 유기 EL 디스플레이 기판에 밀착하여 진공 증착 방식을 통해서 증착되는 유기 재료의 화소를 형성하는 것이다.
일반적으로 증착용 마스크는 금속박에 포토레지스트 막을 코팅하고 포토리소그래피 기술을 사용하여 포토레지스트의 패턴을 형성한 후, 습식 또는 건식 에칭을 통해 금속박에 관통하는 구멍(관통 홀)을 형성함으로써 제조될 수 있다.
그런데 디스플레이 장치 화소의 미세화가 요구됨으로 인해서 증착용 마스크의 원소재인 금속박의 조도가 더욱 중요한 특성으로 부각이 되고 있다. 조도가 높은 금속박에 패턴을 형성시키면 패턴의 모양이 부정확해지고, 균일도가 낮아지기 때문에 고해상도의 증착용 마스크에 적합하지 않을 수 있는 문제점이 나타난다.
그리고 화소의 미세화가 요구되면서 대략 50 내지 100㎛ 수준의 비교적 두꺼운 금속박을 이용해서 고해상도의 패턴을 형성하는 것은 기술적인 어려움이 있다. 예를 들어, 두꺼운 두께의 금속박에 관통 홀 패턴을 형성할 때 두께가 두껍기 때문에, 에칭 과정에서 인접 패턴간의 간섭이 발생하여 정확한 패턴 형성이 안 될 가능성이 존재한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 해결 방안으로 두께를 얇게 제조하는 방법이 가능할 수 있다. 그러나 두께가 20㎛ 이하의 수준으로 지나치게 얇아지면 강도의 저하가 수반되며, 증착용 마스크를 제작할 시에 기판의 변형이 나타날 가능성과 운용에서의 어려움이 동반되는 문제점 또한 발생하게 된다.
본 발명의 각 구현예들은 상술한 과제를 해결하기 위하여 도출된 것으로, 특히 증착용 마스크를 제조하기 위해 금속박을 에칭하는 경우 미세 패턴을 정밀하게 할 수 있는 금속박 및 미세한 패턴을 포함하는 증착용 마스크를 제공할 수 있도록 한다.
또한, 이러한 금속박을 바탕으로 다수의 관통 홀을 구비하는 증착용 마스크를 만들 때 증착용 마스크의 강도를 유지할 수 있는 금속박 및 증착용 마스크를 제공할 수 있도록 한다.
본 발명은 일 견지로서, 증착용 마스크로 사용되는 Fe-Ni 합금 금속박을 제공하며, 일 구현예에 따른 금속박은 Ni: 34~46중량%와 잔부 Fe 및 불가피 불순물을 포함하는 증착용 마스크로 사용되는 Fe-Ni 합금 금속박으로서, 상기 금속박은 적어도 일면에 패턴 형성 영역과 무지 영역을 포함하되, 상기 패턴 형성 영역은 상기 무지 영역에 비하여 두께가 얇고, 표면조도가 작으며, 상기 무지 영역은 상기 금속박의 가장자리에 위치하여 패턴 형성 영역을 포위하는 것인 증착용 마스크로 사용되는 Fe-Ni 합금 금속박을 제공한다.
상기 패턴 형성 영역은 무지 영역 두께의 25 내지 88%에 해당하는 두께를 가질 수 있으며, 상기 패턴 형성 영역은 두께가 5 내지 15㎛의 범위를 가질 수 있다.
상기 Fe-Ni 합금 금속박은 전기주조에 의해 제조된 것이며, 상기 패턴 형성 영역의 조도가 상기 무지 영역의 조도보다 낮다. 예를 들어, 상기 패턴 형성 영역의 표면조도는 무지 영역의 표면조도 값의 30% 이상 80% 이하의 값을 가질 수 있다.
본 발명은 다른 견지로서, Ni: 34~46중량%와 잔부 Fe 및 불가피 불순물을 포함하는 Fe-Ni 합금 금속박의 일면을 가장자리를 제외한 내부 영역에 대하여 화학연마를 실시하여 상기 내부 영역의 두께를 얇게 하는 것을 특징으로 하는 증착용 마스크로 사용되는 Fe-Ni 합금 금속박의 제조방법을 제공한다.
상기 Fe-Ni 합금 금속박의 반대면의 전 영역에 대하여 화학 연마를 실시하여 두께를 얇게 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 견지로서, Ni: 34~46 중량%와 잔부 Fe 및 불가피 불순물을 포함하는 Fe-Ni 합금 금속박에 소정 패턴의 관통홀이 형성된 증착용 마스크로서, 상기 증착용 마스크는 일면에 상기 소정 패턴의 관통홀이 형성된 패턴 형성 영역과 상기 패턴 형성 영역에 비하여 두께가 두꺼우며, 관통홀을 포함하지 않는 무지 영역으로 된 증착용 마스크를 제공한다.
상기 패턴 형성 영역은 무지 영역 두께의 25 내지 88%에 해당하는 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 패턴 형성 영역은 두께가 5 내지 15㎛ 범위의 두께를 가질 수 있다.
상기 관통 홀은 패턴 형성영역과 무지영역을 포함하는 일면에서 반대면을 향해 간격이 넓어지도록 내부 벽면이 기울어져 있다.
상기 Fe-Ni 합금 금속박은 전기주조에 의해 제조된 것이며, 상기 패턴 형성 영역의 조도가 상기 무지 영역의 조도보다 낮은 것일 수 있다.
상기 패턴 형성 영역의 표면조도는 무지 영역의 표면조도 값의 30% 이상 80% 이하의 값을 가질 수 있다.
상기 관통 홀의 내부 벽면은 상기 증착용 마스크 표면에 대하여 평행한 방향으로 다수의 줄무늬를 포함할 수 있다.
상기 증착용 마스크는 패턴 형성 영역과 무지영역을 포함하는 일면의 반대면은 표면 조도가 상기 무지영역의 표면조도보다 낮은 값을 가질 수 있다.
본 발명은 또 다른 젼지로서, 상기 제조된 마스크용 Fe-Ni 합금 금속박의 상기 내부 영역 내에 포토레지스트 패턴을 형성한 후에 에칭하여 관통홀을 갖는 증착용 마스크를 제조하는 방법을 제공한다.
상기 관통홀은 상기 합금박의 반대면에 상기 포토레지스트 패턴에 대응하는 포토레지스트 패턴을 형성하고, 에칭하여 형성될 수 있다.
또한, 본 발명은 다른 견지로서, 유기 EL 디스플레이 기판 상에 상기 제공된 증착용 마스크를 적층하고, 증착 대상 유기물을 진공 증착하여 마스크 패턴을 전사하는 단계를 포함하는 유기 EL 소자 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 증착용 마스크의 원소재인 금속박의 조도를 제어하여 패턴의 초정밀 미세화와 패턴간의 높은 균일도를 갖는 금속박 및 증착용 마스크를 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예인 증착 마스크 원소재인 금속박과 증착용 마스크의 제조 방법에 의하면, 강도를 유지하면서 상기 특징을 수반하는 증착용 마스크를 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 증착용 마스크를 제조하는 공정도를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 화학 연마의 시간에 따른 금속박의 표면 조도 변화를 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 3은 화학 연마의 시간에 따른 금속박 표면의 3-D profile의 평면도 이미지이다.
도 4는 화학 연마의 시간에 따른 금속박 표면의 3-D profile의 사시도 이미지이다.
도 5는 화학 연마 전과 후의 금속박을 대상으로 에칭에 의한 패턴을 형성한 경우, 금속박에 형성된 관통홀을 촬영한 광학 이미지이다.
최근 화소의 미세화가 요구되면서 증착용 마스크로서, 대략 50 내지 100㎛ 수준의 비교적 두꺼운 금속박을 이용하는 경우에는 관통 홀 패턴을 형성할 때 금속 박의 두께가 두껍기 때문에 에칭 과정에서 인접 패턴간의 간섭이 발생하여 정확한 패턴을 형성할 수 없는 등, 고해상도의 패턴을 얻기에 기술적 어려움이 있으며, 또, 20㎛ 이하 수준의 얇은 두께의 금속박을 사용하는 경우에는 강도가 저하되어, 증착용 마스크를 제작할 때에 기판의 변형이 나타나는 등, 운용 및 취급에서의 어려움이 동반되는 문제점이 있다.
이에, 본 발명은 두께가 두꺼운 금속박을 이용하면서도 정확한 패턴을 형성할 수 있는 증착용 마스크 제조방법 및 그 마스크를 제공하고자 한다. 이하, 본 발명을 도면을 들어 구체적으로 설명한다.
본 발명은 증착용 마스크로서, Fe-Ni 합금을 사용한다. 상기 Fe-Ni 합금으로는 Ni 34-46중량%를 포함하고, 잔부가 철 및 불가피 불순물로 되는 것이라면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있다.
상기 Fe-Ni 금속박은 압연법(Rolling)에 의해 얻어진 것은 물론, 전기주조법(Electroforming, 전주법)에 의해 얻어진 금속박을 사용할 수 있다.
상기 압연법은 Fe 및 Ni을 잉곳(Ingot)으로 주조한 후, 압연과 소둔을 반복 실시하여 금속박으로 만드는 방법으로서, 이러한 압연법에 의해 제조된 Fe-Ni계 합금 금속박은 신장율이 높고, 표면이 평활하기 때문에 크랙이 발생하기 어려운 장점이 있다. 그러나, 제조시 기계적인 제약에 의해 폭 1m 이상인 것은 제조가 곤란하며, 극박(50㎛ 이하)인 경우 제조 원가가 지나치게 많이 소요되는 단점이 있다. 또한, 이러한 제조 원가 측면에서의 불리함을 감수하고 압연법에 의해 금속박을 제조한다고 하더라도, 조직의 평균 결정립 크기가 조대하여 기계적 물성이 열위하게 나타나는 단점이 있다.
한편, 전주법은 전해조 내에 설치되어 회전하는 원통형의 음극 드럼과 대향하는 한 쌍의 원호 형상의 양극에 둘러싸인 틈으로 급액 노즐을 통해 전해액을 공급하여 전류를 통전함으로써, 상기 음극 드럼의 표면에 금속을 전착시키고, 이를 떼어낸 후 권취함으로써 금속박으로 만드는 방법이다. 이러한 전주법에 의해 제조된 금속박은 평균 결정립 크기가 미세하여 기계적 물성이 우수하다는 장점이 있으며, 더욱이 낮은 제조 비용으로도 제조가 가능하여 제조 원가가 낮다는 장점이 있다.
상기 전주법을 통해서 제조한 금속박은 기본적으로 높은 조도를 가지고 있는데, 표면조도가 높으면 미세한 패턴의 관통 홀을 형성하는데 많은 문제가 존재한다. 예를 들어, 조도가 높은 평면에 포토레지스트 패턴을 형성할 때 패턴이 찌그러져 정상적인 모양이 형성되지 못하게 되며, 이러한 패턴에 에칭을 진행할 경우 패턴을 형성하는 최 외곽선이 비선형적으로 형성된다. 결과적으로 관통 홀이 찌그러지게 되고, 이를 이용하여 증착한 유기물의 모양이 처음 만들고자 했던 모양에서 벗어나게 되며, 또한, 이러한 모양의 불균일성이 전체적으로 확대되게 된다.
이에, 본 발명은 압연법에 의한 금속박은 물론, 전주법에 의한 금속박에 있어서, 작업상의 취급 편의성 등을 위해 두께가 두꺼운 금속박을 사용하더라도 정확한 패턴을 형성하고, 특히, 전주법에 의한 금속박의 경우는 표면 조도를 낮게 유지하여 미세한 패턴의 관통홀을 형성할 필요가 있다.
이에, 본 발명은 금속박의 일 표면을 화학연마하는 단계를 포함한다. 이때, 상기 금속박의 화학연마는 전면에 대하여 수행하는 것이 아니라, 관통홀이 형성된 영역, 즉, 패턴형성영역에 대하여 부분적으로 화학연마를 수행하는 것이 바람직하다. 전면에 대하여 연마하는 것이라면, 소정의 두께를 갖는 금속박을 사용하는 것으로 충분할 것이나, 이 경우에는 금속박의 두께가 얇아 관통홀을 정밀하게 형성하는 것이 용이하지 않다.
보다 구체적으로, 상기 금속박의 일면에 대하여 금속박의 가장자리를 제외한 관통홀에 의한 패턴이 형성되는 패턴형성영역에 대하여 화학연마를 수행한다. 이러한 화학연마에 의해 패턴형성영역을 관통홀을 정밀하게 형성하기에 적합한 수준의 두께로 형성할 수 있다.
또한, 전주법에 의해 얻어진 금속박의 경우와 같이, 금속박이 높은 표면조도를 갖는 경우에는 이러한 화학연마에 의해 표면조도를 낮출 수 있으며, 이에 의해 에칭에 의해 관통홀 패턴을 형성할 때 최외곽선이 비선형적으로 형성되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 상기 금속박의 가장자리는 화학연마를 수행하지 않고 무지영역으로 유지함으로써, 금속박에 대하여 전체적인 기계적 강도를 제공할 수 있으며, 이로 인해 작업시의 취급 용이성을 확보할 수 있다. 보다 구체적으로, 마스크의 취급 중에 무지영역으로 인해 찌그러짐을 방지할 수 있고, 또, 유기 EL 디스플레이를 제조함에 있어서는 증착용 마스크를 인바 프레임에 고정하게 되는데, 가장자리 무지영역이 강성을 제공하여 마스크의 처짐을 억제할 수 있어, 패턴의 보다 정밀한 전사를 가능하게 할 수 있다.
상기 부분 화학연마를 위해서는 본 발명의 증착용 마스크를 제조하는 공정도를 나타낸 도 1 중 (a) 단계와 같이, 금속박의 가장자리를 화학연마액으로부터 무지영역으로 존재할 수 있도록 금속 표면을 보호할 수 있는 보호층을 형성한 후에 화학연마를 수행할 수 있다.
상기 보호층은 포토레지스트(Photoresist)가 사용될 수 있으며, 금속박의 전 영역에 코팅한 후 포토리소그래피 공정을 이용하여 패턴 형성영역과 무지영역을 구분할 수 있으며, 포토레지스트의 종류로는 액상형과 필름형 모두 사용 가능하다.
필요에 따라서는, 상기 금속박의 일면에 대한 부분 연마와 함께, 상기 금속박의 반대면도 화학연마를 수행할 수 있다. 이때, 상기 반대면의 화학연마는 상기 일면의 패턴형성영역과 대응하는 부분에 대하여 부분적으로 연마를 수행할 수 있음은 물론, 전면에 대하여도 연마를 수행할 수 있다. 상기 반대면의 연마를 수행함으로써 반대면에 대하여도 표면조도를 낮출 수 있으며, 이로 인해 기판에 적층시 밀착성을 높여 정밀한 패턴의 전사를 도모할 수 있다.
이에 의해, 도 1의 (b)에 일 예로 나타낸 바와 같이, 증착용 마스크로 사용될 수 있는 Fe-Ni 합금 금속박을 제조할 수 있다. 이에 의해 얻어진 금속박은 도 1 (b)로부터 알 수 있는 바와 같이 무지영역과 패턴형성영역간의 두께가 상이하다. 즉, 패턴형성영역이 화학연마에 의해 연마됨으로써 무지영역에 비하여 패턴형성영역의 두께가 얇으며, 이로 인해 보다 정밀한 관통홀 패턴을 형성할 수 있다.
이때, 상기 화학연마에 의해 얻어진 패턴형성영역은 관통홀 패턴을 정밀하게 형성할 수 있는 정도의 두께를 갖도록 화학연마를 수행함으로써 패턴형성영역의 두께를 조절할 수 있는 것이므로, 특별히 한정하지 않으나, 예를 들어, 5 내지 40㎛의 두께, 보다 바람직하게는 5 내지 20㎛의 두께를 갖도록 화학연마를 수행할 수 있다. 상기 범위 내의 두께를 갖는 것이라면 관통홀을 보다 용이하게 높은 정밀도로 구현할 수 있다.
이러한 화학연마에 의한 패턴형성영역의 두께 제어는 소재로 제공되는 금속박의 두께, 즉, 무지영역의 두께에 대하여 약 25 내지 88%의 두께를 갖도록 형성할 수 있다. 상기보다 더 큰 두께를 갖는 경우에는 화학연마로 인한 패턴형성영역의 두께 감소가 적어, 이로 인한 관통홀 패턴 형성에 있어서 얻어지는 잇점이 적으며, 상기보다 더 작은 두께를 갖는 경우에는 관통홀 패턴의 정밀한 형성에는 바람직하나, 화학연마에 상대적으로 시간이 많이 소모되고, 표면조도를 낮추는 측면에서도 더 이상의 표면 평탄화에 기여하는 바가 적다.
또한, 이러한 화학연마에 의해 패턴형성영역의 표면이 평탄화되어, 무지영역에 비하여 현저히 낮은 표면조도값을 갖는다. 화학연마를 수행하는 시간이 증가할수록 표면조도값이 낮아져 표면평탄화에 기여하나, 그 정도는 서서히 감소하는 경향을 보인다.
도 2는 화학연마의 시간에 따른 금속박의 표면조도 변화를 개략적으로 나타낸 그래프이다. 이러한 도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 화학연마 시간이 증가할수록 Ra 및 Rz 모두 감소하는 경향을 나타내고 있다. 이러한 표면조도의 감소는 전주법에 의해 얻어진 금속박에서 보다 높은 효과를 얻을 수 있는 것으로서, 본 발명에 있어서, 패턴형성영역은 화학연마에 의한 표면조도가 무지영역의 표면조도 값에 대하여 30 내지 80%의 값을 갖도록 화학연마를 수행하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 방법에 의해 얻어진 증착용 마스크로 사용되는 Fe-Ni 합금 금속박에 대하여는, 도 1의 (c)에 나타낸 바와 같이, 상기 패턴형성영역에 소정의 포토레지스트 패턴을 형성한다. 상기 포토레지스트는 일반적으로 수행되는 방법을 적용할 수 있는 것으로, 얻고자 하는 관통홀 패턴에 따라 포토레지스트 패턴을 상기 패턴형성영역에 형성한다. 이때, 상기 금속박의 반대면에 대하여도 상기 패턴형성영역의 관통홀이 형성되는 부분과 대응하는 부분에도 포토레지스트 패턴을 형성한다.
이어서, 도 1의 (d)에 나타낸 바와 같이, 에칭액으로 포토레지스트 패턴이 형성되지 않은 부분을 에칭(식각)하고, 관통홀을 형성한다. 상기 에칭은 패턴형성영역에 대하여 에칭함으로써 관통홀을 형성할 수 있음은 물론, 패턴형성영역에 대하여 소정의 두께까지 에칭하고, 이어서, 반대면에서 에칭액으로 에칭하여 관통홀을 형성할 수 있다.
이와 같이, 패턴형성영역을 포함하는 면에서 소정의 깊이까지 에칭하고 반대면에서 에칭하여 관통함으로써 관통홀을 형성하는 경우에는 도 1의 (d) 및 (e)로부터 알 수 있는 바와 같이, 관통홀의 내부벽면이 일면에서 반대면으로 향하여 관통홀의 너비가 각각 좁아지는 구조를 갖고 있으며, 관통홀의 너비가 가장 좁은 부분이 금속박의 단면 중간 영역에 존재하는 구조를 갖는 관통홀을 얻을 수 있다.
원하는 패턴의 관통홀을 형성한 경우에는 금속박의 표면에 형성된 포토레지스트를 제거함으로써 도 1의 (e)와 같은 증착용 마스크를 얻을 수 있다.
상기 Fe-Ni 합금 금속박이 전주법에 의해 얻어진 금속박인 경우에는 상기 관통홀의 내부 벽면에는 다수의 줄무늬가 형성되어 있음을 확인할 수 있다. 상기 평면방향으로 형성되어 있는 다수개의 줄무늬는 앞서 진행한 화학 연마시에 겹겹으로 표면층을 연마해 나가는데 있어서 미려한 표면을 얻는데 중요한 역할을 하는 부분으로 전주를 통해서 제조되는 금속박의 내부에 형성될 수 있다.
이렇게 얻어진 마스크는 유기 EL 디스플레이 기판 상에 적층하고, 증착 대상 유기물을 마스크의 패턴과 같은 패턴으로 진공증착함으로써 유기 EL 소자를 제조할 수 있다.
예를 들어, 본 발명에 따른 증착용 마스크를 이용하여 유기물을 증착할 때에 증착하고자 하는 기판에 상기 증착 마스크를 붙여서 이용하게 되는데, 이를 위해서는 두꺼운 인바 프레임에 증착용 마스크를 고정시키게 된다. 이러한 여러 공정을 거치는 사이에서 강도가 낮은 증착용 마스크는 불량이 발생하거나 재사용이 불가하게 되나, 본 발명에 따른 증착용 마스크는 패턴 형성영역은 매우 얇은 두께를 가져 관통홀 패턴을 정밀하게 형성할 수 있음은 물론, 무지영역이 가장자리에 존재함으로써 전체적인 마스크의 강도를 높일 수 있어 제조시에 불량률 감소 및 운용 효율을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 들어 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 본 발명의 일 실시예를 나타내는 것으로서, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
전주법으로 제조된 Ni 34~46중량%를 포함하는 Fe-Ni 합금 금속박(두께 15㎛)을 연마액(황산 13.5중량%, 과산화수소 1.5중량% 및 순수 85중량%)을 사용하여 화학연마를 수행하였다. 화학 연마는 0.2㎛/sec의 표면 에칭속도로 진행하여, 아래 표 1에 나타낸 바와 같이 화학연마 수행시간을 조절하였다.
이에 의해 얻어진 금속박의 표면 조도 Ra 및 Rz를 각각 측정하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다. 또한, 이를 도 2에 그래프로 나타내었다.
연마 시간 (sec) Ra (㎛) Rz (㎛)
비교예1 0 0.302 3.832
발명예1 5 0.150 1.242
발명예2 10 0.115 0.905
발명예3 15 0.105 0.736
발명예4 20 0.090 0.649
상기 표 1 및 도 2로부터, 연마시간에 따라 표면 조도를 현저히 낮출 수 있음을 알 수 있다.
또한, 각각 얻어진 금속박의 표면 형상에 대하여 3-D profiler 이미지를 도 3 및 도 4에 각각 나타내었다. 도 3은 표면의 3-D profiler의 평면도 이미지이며, 도 4는 표면의 3-D profiler의 사시도 이미지이다.
도 3 및 도 4를 통해서도 연마 시간에 따라 표면의 모폴로지(morphology)가 스무스(smooth)해 짐을 알 수 있다.
비교예 1 및 발명예 3에서 얻어진 금속박에 대하여 표면 포토 리소그래피를 통해 포토레지스트 패턴을 형성한 후 에칭을 수행하여 관통홀을 형성하였다.
이에 의해 얻어진 관통홀을 전자현미경으로 촬영하고, 그 사진을 도 5에 나타내었다.
도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 화학연마를 실시한 발명예 3의 금속박에서 형성된 관통 홀은 모양이 찌그러짐이 없이 매우 균일하게 형성되어 있음을 알 수 있다. 또한, 형성된 관통홀 패턴의 선형성이 뚜렷함을 알 수 있다.
그러나, 비교예 1의 경우에는 관통홀의 경계가 불명확하여 관통홀 패턴이 선형성이 현저히 낮음을 알 수 있었다. 또한, 형성된 관통홀은 표면의 조도로 인해 찌그러진 형상이 관찰되었다.

Claims (18)

  1. Ni: 34~46중량%와 잔부 Fe 및 불가피 불순물을 포함하는 증착용 마스크로 사용되는 Fe-Ni 합금 금속박으로서,
    상기 금속박은 적어도 일면에 패턴 형성 영역과 무지 영역을 포함하되,
    상기 패턴 형성 영역은 상기 무지 영역에 비하여 두께가 얇고, 표면조도가 작으며,
    상기 무지 영역은 상기 금속박의 가장자리에 위치하여 패턴 형성 영역을 포위하는 것인 증착용 마스크로 사용되는 Fe-Ni 합금 금속박.
  2. 제1항에 있어서, 상기 패턴 형성 영역은 무지 영역 두께의 25 내지 88%에 해당하는 두께를 갖는 것인 증착용 마스크로 사용되는 Fe-Ni계 합금 금속박.
  3. 제1항에 있어서, 상기 패턴 형성 영역은 두께가 5 내지 20㎛의 범위를 갖는 것인 증착용 마스크로 사용되는 Fe-Ni 합금 금속박.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 Fe-Ni 합금 금속박은 전기주조에 의해 제조된 것이며, 상기 패턴 형성 영역의 조도가 상기 무지 영역의 조도보다 낮은 것인 증착용 마스크로 사용되는 Fe-Ni 합금 금속박.
  5. 제4항에 있어서, 상기 패턴 형성 영역의 표면조도는 무지 영역의 표면조도 값의 30% 이상 80% 이하의 값을 갖는 것인 증착용 마스크로 사용되는 Fe-Ni 합금 금속박.
  6. Ni: 34~46중량%와 잔부 Fe 및 불가피 불순물을 포함하는 Fe-Ni 합금 금속박의 일면을 가장자리를 제외한 패턴 형성 영역에 대하여 화학연마를 실시하여 상기 패턴 형성 영역의 두께를 얇게 하는 것을 특징으로 하는 증착용 마스크로 사용되는 Fe-Ni 합금 금속박의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 금속박의 반대면의 전 영역에 대하여 화학 연마를 실시하여 두께를 얇게 형성하는 단계를 더 포함하는 증착용 마스크로 사용되는 Fe-Ni 합금 금속박의 제조방법.
  8. Ni: 34~46 중량%와 잔부 Fe 및 불가피 불순물을 포함하는 Fe-Ni 합금 금속박에 소정 패턴의 관통홀이 형성된 증착용 마스크로서,
    상기 증착용 마스크는 일면에 상기 소정 패턴의 관통홀이 형성된 패턴 형성 영역과 상기 패턴 형성 영역에 비하여 두께가 두꺼우며, 관통홀을 포함하지 않는 무지 영역으로 된 증착용 마스크.
  9. 제8항에 있어서, 상기 패턴 형성 영역은 무지 영역 두께의 25 내지 88%에 해당하는 두께를 갖는 것인 증착용 마스크.
  10. 제8항에 있어서, 상기 패턴 형성 영역은 두께가 5 내지 15㎛의 범위를 갖는 것인 증착용 마스크.
  11. 제8항에 있어서 상기 관통 홀은 패턴 형성영역과 무지영역을 포함하는 일면에서 반대면을 향해 간격이 넓어지도록 내부 벽면이 기울어져 있는 것인 증착용 마스크.
  12. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 Fe-Ni 합금 금속박은 전기주조에 의해 제조된 것이며, 상기 패턴 형성 영역의 조도가 상기 무지 영역의 조도보다 낮은 것인 증착용 마스크.
  13. 제12항에 있어서, 상기 패턴 형성 영역의 표면조도는 무지 영역의 표면조도 값의 30% 이상 80% 이하의 값을 갖는 것인 증착용 마스크.
  14. 제12항에 있어서, 상기 관통 홀의 내부 벽면은 상기 증착용 마스크 표면에 대하여 평행한 방향으로 다수의 줄무늬를 포함하는 것인 증착용 마스크.
  15. 제12항에 있어서, 상기 증착용 마스크는 패턴 형성 영역과 무지영역을 포함하는 일면의 반대면은 표면 조도가 상기 무지영역의 표면조도보다 낮은 값을 갖는 것인 증착용 마스크.
  16. 제6항 또는 제7항의 방법으로 제조된 마스크용 Fe-Ni계 합금 금속박의 상기 패턴 형성 영역 내에 포토레지스트 패턴을 형성한 후에 에칭하여 관통홀을 갖는 증착용 마스크를 제조하는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 관통홀은 상기 합금박의 반대면에 상기 포토레지스트 패턴에 대응하는 포토레지스트 패턴을 형성하고, 에칭하여 형성된 것인 증착용 마스크를 제조하는 방법.
  18. 유기 EL 디스플레이 기판상에 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항의 증착용 마스크를 적층하고, 증착 대상 유기물을 진공 증착하여 마스크 패턴을 전사하는 단계를 포함하는 유기 EL 소자 제조 방법.
PCT/KR2017/010382 2016-10-06 2017-09-21 증착용 마스크로 사용되는 합금 금속박, 증착용 마스크 및 이들의 제조방법과 이를 이용한 유기 발광 소자 제조방법 WO2018066844A1 (ko)

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