WO2020032509A1 - 마스크의 이송 시스템 및 프레임 일체형 마스크의 제조 방법 - Google Patents

마스크의 이송 시스템 및 프레임 일체형 마스크의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마스크의 이송 시스템 및 프레임 일체형 마스크의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 마스크의 이송 시스템은, 마스크(100)와 마스크(100)를 지지하는 프레임(200)을 일체로 형성하기 위한 OLED 화소 형성용 마스크의 이송 시스템으로서, 마스크(100)의 일면을 흡착하여 로딩할 수 있는 마스크 로딩부(90) 및 마스크(100)의 타면을 지지하고 마스크(100)를 프레임(200)에 대응시키는 트레이(50)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

마스크의 이송 시스템 및 프레임 일체형 마스크의 제조 방법
본 발명은 마스크의 이송 시스템 및 프레임 일체형 마스크의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 마스크를 프레임과 일체를 이루도록 할 수 있고, 마스크와 프레임의 밀착력을 향상시킬 수 있으며, 각 마스크 간의 얼라인(align)을 명확하게 할 수 있는 마스크의 이송 시스템 및 프레임 일체형 마스크의 제조 방법 및 마스크 지지에 사용되는 트레이에 관한 것이다.
최근에 박판 제조에 있어서 전주 도금(Electroforming) 방법에 대한 연구가 진행되고 있다. 전주 도금 방법은 전해액에 양극체, 음극체를 침지하고, 전원을 인가하여 음극체의 표면상에 금속박판을 전착시키므로, 극박판을 제조할 수 있으며, 대량 생산을 기대할 수 있는 방법이다.
한편, OLED 제조 공정에서 화소를 형성하는 기술로, 박막의 금속 마스크(Shadow Mask)를 기판에 밀착시켜서 원하는 위치에 유기물을 증착하는 FMM(Fine Metal Mask) 법이 주로 사용된다.
기존의 OLED 제조 공정에서는 마스크를 스틱 형태, 플레이트 형태 등으로 제조한 후, 마스크를 OLED 화소 증착 프레임에 용접 고정시켜 사용한다. 마스크 하나에는 디스플레이 하나에 대응하는 셀이 여러개 구비될 수 있다. 또한, 대면적 OLED 제조를 위해서 여러 개의 마스크를 OLED 화소 증착 프레임에 고정시킬 수 있는데, 프레임에 고정하는 과정에서 각 마스크가 평평하게 되도록 인장을 하게 된다. 마스크의 전체 부분이 평평하게 되도록 인장력을 조절하는 것은 매우 어려운 작업이다. 특히, 각 셀들을 모두 평평하게 하면서, 크기가 수 내지 수십 ㎛에 불과한 마스크 패턴을 정렬하기 위해서는, 마스크의 각 측에 가하는 인장력을 미세하게 조절하면서, 정렬 상태를 실시간으로 확인하는 고도의 작업이 요구된다.
그럼에도 불구하고, 여러 개의 마스크를 하나의 프레임에 고정시키는 과정에서 마스크 상호간에, 그리고 마스크 셀들의 상호간에 정렬이 잘 되지 않는 문제점이 있었다. 또한, 마스크를 프레임에 용접 고정하는 과정에서 마스크 막의 두께가 너무 얇고 대면적이기 때문에 하중에 의해 마스크가 쳐지거나 뒤틀어지는 문제점, 용접 과정에서 용접 부분에 발생하는 주름, 번짐(burr) 등에 의해 마스크 셀의 정렬이 엇갈리게 되는 문제점 등이 있었다.
초고화질의 OLED의 경우, 현재 QHD 화질은 500~600 PPI(pixel per inch)로 화소의 크기가 약 30~50㎛에 이르며, 4K UHD, 8K UHD 고화질은 이보다 높은 ~860 PPI, ~1600 PPI 등의 해상도를 가지게 된다. 이렇듯 초고화질의 OLED의 화소 크기를 고려하여 각 셀들간의 정렬 오차를 수 ㎛ 정도로 감축시켜야 하며, 이를 벗어나는 오차는 제품의 실패로 이어지게 되므로 수율이 매우 낮아지게 될 수 있다. 그러므로, 마스크가 쳐지거나 뒤틀리는 등의 변형을 방지하고, 정렬을 명확하게 할 수 있는 기술, 마스크를 프레임에 고정하는 기술 등의 개발이 필요한 실정이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 마스크를 프레임에 접착할 때, 마스크에 변형이 생기는 것을 방지하고 마스크와 프레임의 밀착력을 향상시킬 수 있는 마스크 이송 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 마스크를 평평하게 펼치고 안정적으로 이송할 수 있는 마스크 이송 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 마스크와 프레임이 일체형 구조를 이룰 수 있는 프레임 일체형 마스크의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 마스크가 쳐지거나 뒤틀리는 등의 변형을 방지하고 정렬을 명확하게 할 수 있는 프레임 일체형 마스크의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 제조시간을 현저하게 감축시키고, 수율을 현저하게 상승시킨 프레임 일체형 마스크의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 상기의 목적은, 마스크와 마스크를 지지하는 프레임을 일체로 형성하기 위한 OLED 화소 형성용 마스크의 이송 시스템으로서, 마스크의 일면을 흡착하여 로딩할 수 있는 마스크 로딩부; 및 마스크의 타면을 지지하고 마스크를 프레임에 대응시키는 트레이를 포함하는, 마스크의 이송 시스템에 의해 달성된다.
마스크 로딩부는 평판 형상이고, 마스크와 대응하는 일면 상에 복수의 진공 홀(vacuum hole)이 형성될 수 있다.
마스크 로딩부의 모서리에 함몰부가 형성되고, 마스크 로딩부에 마스크가 로딩되면 마스크의 적어도 모서리가 함몰부 외측으로 돌출될 수 있다.
마스크 로딩부는 히팅부를 포함할 수 있다.
마스크의 용접부에 대응하는 트레이의 부분에 레이저 통과공이 형성될 수 있다.
트레이는 웨이퍼(wafer), 글래스(glass), 실리카(silica), 내열유리, 석영(quartz), 알루미나(Al 2O 3) 중 어느 하나의 재질을 포함할 수 있다.
마스크 셀, 마스크 더미 중 적어도 어느 하나의 일부에 대응하는 트레이의 부분에 얼라인 홀(align hole)이 형성될 수 있다.
트레이는 마스크보다 넓은 면적으로 형성되고, 마스크 상에 트레이가 접촉되면 트레이의 적어도 모서리가 함몰부 외측으로 돌출될 수 있다.
그리고, 본 발명의 상기의 목적은, 적어도 하나의 마스크와 마스크를 지지하는 프레임이 일체로 형성된 프레임 일체형 마스크의 제조 방법으로서, (a) 적어도 하나의 마스크 셀 영역을 구비한 프레임을 제공하는 단계; (b) 마스크의 일면을 마스크 로딩부에 흡착하여 로딩하는 단계; (c) 마스크의 타면 상에 트레이를 접촉하고 마스크를 지지하는 단계; (d) 프레임 상에 트레이를 로딩하여 마스크를 프레임의 마스크 셀 영역에 대응하는 단계; 및 (e) 마스크의 용접부에 레이저를 조사하여 마스크를 프레임에 접착하는 단계를 포함하는 프레임 일체형 마스크의 제조 방법에 의해 달성된다.
마스크 로딩부는 평판 형상이고, 마스크와 대응하는 일면 상에 복수의 진공 홀(vacuum hole)이 형성되며, (b) 단계에서, 복수의 진공홀에서 마스크의 일면에 흡압을 인가하여 마스크를 마스크 로딩부 상에 흡착할 수 있다.
(b) 단계는, (b1) 마스크의 적어도 두측을 진공 이송부가 흡착하는 단계; 및 (b2) 진공 이송부를 이동하여 마스크의 일면을 마스크 로딩부에 흡착하여 로딩하는 단계를 포함할 수 있다.
(b1) 단계, 또는, (b2) 단계에서, 진공 이송부는 흡착한 마스크를 외측으로 잡아당겨 마스크를 평평하게 펼 수 있다.
트레이에 복수의 흡압공이 형성되고, 흡압공에 흡압을 인가하여 마스크를 흡착 지지할 수 있다.
마스크를 마스크 셀 영역에 대응하기 전, 또는, 대응한 후에 프레임이 포함된 공정 영역의 온도를 제1 온도로 상승시키고, 마스크를 프레임에 접착한 후에 프레임이 포함된 공정 영역의 온도를 제2 온도로 하강시킬 수 있다.
제1 온도는 OLED 화소 증착 공정 온도보다 같거나 높은 온도이고, 제2 온도는 적어도 제1 온도보다 낮은 온도이며, 제1 온도는 25℃ 내지 60℃ 중 어느 하나의 온도이고, 제2 온도는 제1 온도보다 낮은 20℃ 내지 30℃ 중 어느 하나의 온도이며, OLED 화소 증착 공정 온도는 25℃ 내지 45℃ 중 어느 하나의 온도일 수 있다.
공정 영역의 온도를 제2 온도로 하강시키면, 프레임에 접착된 마스크가 수축되어 장력(tension)을 인가받을 수 있다.
마스크 로딩부는 히팅부를 포함하고, (b) 단계와 (c) 단계 사이에, 마스크를 제1 온도보다 3℃ 내지 10℃ 높은 온도로 유지할 수 있다.
마스크 및 프레임은 인바(invar), 슈퍼 인바(super invar), 니켈, 니켈-코발트 중 어느 하나의 재질일 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 마스크를 프레임에 접착할 때, 마스크에 변형이 생기는 것을 방지하고 마스크와 프레임의 밀착력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 마스크를 평평하게 펼치고 안정적으로 이송할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 마스크와 프레임이 일체형 구조를 이룰 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 마스크가 쳐지거나 뒤틀리는 등의 변형을 방지하고 정렬을 명확하게 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 제조시간을 현저하게 감축시키고, 수율을 현저하게 상승시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 OLED 화소 증착용 마스크를 나타내는 개략도이다.
도 2는 종래의 마스크를 프레임에 접착하는 과정을 나타내는 개략도이다.
도 3은 종래의 마스크를 인장하는 과정에서 셀들간의 정렬 오차가 발생하는 것을 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 일체형 마스크를 나타내는 정면도 및 측단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임을 나타내는 정면도 및 측단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임의 제조 과정을 나타내는 개략도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 프레임의 제조 과정을 나타내는 개략도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크의 이송 시스템의 구성요소들을 나타내는 개략도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크를 진공 이송부가 흡착한 상태를 나타내는 개략도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크 이송 시스템의 동작 과정을 나타내는 개략도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 트레이를 프레임 상에 로딩하여 마스크를 프레임의 셀 영역에 대응시키는 상태를 나타내는 개략도이다.
도 12는 비교예에 따른 트레이를 프레임 상에 로딩하여 마스크를 프레임의 셀 영역에 접착하는 과정 및 마스크와 트레이의 계면 상태를 나타내는 개략도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 트레이를 프레임 상에 로딩하여 마스크를 프레임의 셀 영역에 접착하는 과정 및 마스크와 트레이의 계면 상태를 나타내는 개략도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크를 순차적으로 셀 영역에 접착하는 과정을 나타내는 개략도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크를 프레임의 셀 영역에 접착한 후 공정 영역의 온도를 하강시키는 과정을 나타내는 개략도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 일체형 마스크를 이용한 OLED 화소 증착 장치를 나타내는 개략도이다.
<부호의 설명>
50: 트레이(tray)
51: 레이저 통과공
53: 얼라인 홀
60: 진공 이송부
70: 하부 지지체
90: 마스크 로딩부
91: 함몰부
95: 히팅부
100: 마스크
110: 마스크 막
200: 프레임
210: 테두리 프레임부
220: 마스크 셀 시트부
221: 테두리 시트부
223: 제1 그리드 시트부
225: 제2 그리드 시트부
1000: OLED 화소 증착 장치
C: 셀, 마스크 셀
CR: 마스크 셀 영역
DM: 더미, 마스크 더미
ET: 공정 영역의 온도를 제1 온도로 상승
L: 레이저
LT: 공정 영역의 온도를 제2 온도로 하강
R: 테두리 프레임부의 중공 영역
P: 마스크 패턴
TS: 장력
VH: 진공 홀
W: 용접
WB: 용접 비드
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 종래의 OLED 화소 증착용 마스크(10)를 나타내는 개략도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 마스크(10)는 스틱형(Stick-Type) 또는 판형(Plate-Type)으로 제조될 수 있다. 도 1의 (a)에 도시된 마스크(10)는 스틱형 마스크로서, 스틱의 양측을 OLED 화소 증착 프레임에 용접 고정시켜 사용할 수 있다. 도 1의 (b)에 도시된 마스크(100)는 판형(Plate-Type) 마스크로서, 넓은 면적의 화소 형성 공정에서 사용될 수 있다.
마스크(10)의 바디(Body)[또는, 마스크 막(11)]에는 복수의 디스플레이 셀(C)이 구비된다. 하나의 셀(C)은 스마트폰 등의 디스플레이 하나에 대응한다. 셀(C)에는 디스플레이의 각 화소에 대응하도록 화소 패턴(P)이 형성된다. 셀(C)을 확대하면 R, G, B에 대응하는 복수의 화소 패턴(P)이 나타난다. 일 예로, 셀(C)에는 70 X 140의 해상도를 가지도록 화소 패턴(P)이 형성된다. 즉, 수많은 화소 패턴(P)들은 군집을 이루어 셀(C) 하나를 구성하며, 복수의 셀(C)들이 마스크(10)에 형성될 수 있다.
도 2는 종래의 마스크(10)를 프레임(20)에 접착하는 과정을 나타내는 개략도이다. 도 3은 종래의 마스크(10)를 인장(F1~F2)하는 과정에서 셀들간의 정렬 오차가 발생하는 것을 나타내는 개략도이다. 도 1의 (a)에 도시된 6개의 셀(C: C1~C6)을 구비하는 스틱 마스크(10)를 예로 들어 설명한다.
도 2의 (a)를 참조하면, 먼저, 스틱 마스크(10)를 평평하게 펴야한다. 스틱 마스크(10)의 장축 방향으로 인장력(F1~F2)을 가하여 당김에 따라 스틱 마스크(10)가 펴지게 된다. 그 상태로 사각틀 형태의 프레임(20) 상에 스틱 마스크(10)를 로딩한다. 스틱 마스크(10)의 셀(C1~C6)들은 프레임(20)의 틀 내부 빈 영역 부분에 위치하게 된다. 프레임(20)은 하나의 스틱 마스크(10)의 셀(C1~C6)들이 틀 내부 빈 영역에 위치할 정도의 크기일 수 있고, 복수의 스틱 마스크(10)의 셀(C1~C6)들이 틀 내부 빈 영역에 위치할 정도의 크기일 수도 있다.
도 2의 (b)를 참조하면, 스틱 마스크(10)의 각 측에 가하는 인장력(F1~F2)을 미세하게 조절하면서 정렬을 시킨 후, 스틱 마스크(10) 측면의 일부를 용접(W)함에 따라 스틱 마스크(10)와 프레임(20)을 상호 연결한다. 도 2의 (c)는 상호 연결된 스틱 마스크(10)와 프레임의 측단면을 나타낸다.
도 3을 참조하면, 스틱 마스크(10)의 각 측에 가하는 인장력(F1~F2)을 미세하게 조절함에도 불구하고, 마스크 셀(C1~C3)들의 상호간에 정렬이 잘 되지 않는 문제점이 나타난다. 가령, 셀(C1~C3)들의 패턴(P)간에 거리(D1~D1", D2~D2")가 상호 다르게 되거나, 패턴(P)들이 비뚤어지는 것이 그 예이다. 스틱 마스크(10)는 복수(일 예로, 6개)의 셀(C1~C6)을 포함하는 대면적이고, 수십 ㎛ 수준의 매우 얇은 두께를 가지기 때문에, 하중에 의해 쉽게 쳐지거나 뒤틀어지게 된다. 또한, 각 셀(C1~C6)들을 모두 평평하게 하도록 인장력(F1~F2)을 조절하면서, 각 셀(C1~C6)들간의 정렬 상태를 현미경을 통해 실시간으로 확인하는 것은 매우 어려운 작업이다.
따라서, 인장력(F1~F2)의 미세한 오차는 스틱 마스크(10) 각 셀(C1~C3)들이 늘어나거나, 펴지는 정도에 오차를 발생시킬 수 있고, 그에 따라 마스크 패턴(P)간에 거리(D1~D1", D2~D2")가 상이해지게 되는 문제점을 발생시킨다. 물론, 완벽하게 오차가 0이 되도록 정렬하는 것은 어려운 것이지만, 크기가 수 내지 수십 ㎛인 마스크 패턴(P)이 초고화질 OLED의 화소 공정에 악영향을 미치지 않도록 하기 위해서는, 정렬 오차가 3㎛를 초과하지 않는 것이 바람직하다. 이렇게 인접하는 셀 사이의 정렬 오차를 PPA(pixel position accuracy)라 지칭한다.
이에 더하여, 대략 6~20개 정도의 복수의 스틱 마스크(10)들을 프레임(20) 하나에 각각 연결하면서, 복수의 스틱 마스크(10)들간에, 그리고 스틱 마스크(10)의 복수의 셀(C~C6)들간에 정렬 상태를 명확히 하는 것도 매우 어려운 작업이고, 정렬에 따른 공정 시간이 증가할 수밖에 없게 되어 생산성을 감축시키는 중대한 이유가 된다.
한편, 스틱 마스크(10)를 프레임(20)에 연결 고정시킨 후에는, 스틱 마스크(10)에 가해졌던 인장력(F1~F2)이 프레임(20)에 역으로 작용할 수 있다. 즉, 인장력(F1~F2)에 의해 팽팽히 늘어났던 스틱 마스크(10)가 프레임(20)에 연결된 후에 프레임(20)에 장력(tension)을 작용할 수 있다. 보통 이 장력이 크지 않아서 프레임(20)에 큰 영향을 미치지 않을 수 있으나, 프레임(20)의 크기가 소형화되고 강성이 낮아지는 경우에는 이러한 장력이 프레임(20)을 미세하게 변형시킬 수 있다. 그리하면 복수의 셀(C~C6)들간에 정렬 상태가 틀어지는 문제가 발생할 수 있다.
이에, 본 발명은 마스크(100)가 프레임(200)과 일체형 구조를 이룰 수 있게 하는 프레임(200) 및 프레임 일체형 마스크를 제안한다. 프레임(200)에 일체로 형성되는 마스크(100)는 쳐지거나 뒤틀리는 등의 변형이 방지되고, 프레임(200)에 명확히 정렬될 수 있다. 마스크(100)가 프레임(200)에 연결될 때 마스크(100)에 어떠한 인장력도 가하지 않으므로, 마스크(100)가 프레임(200)에 연결된 후 프레임(200)이 변형될 정도의 장력을 가하지 않을 수 있다. 그리고, 마스크(100)를 프레임(200)에 일체로 연결하는 제조시간을 현저하게 감축시키고, 수율을 현저하게 상승시킬 수 있는 이점을 가진다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 일체형 마스크를 나타내는 정면도[도 4의 (a)] 및 측단면도[도 4의 (b)]이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임을 나타내는 정면도[도 5의 (a)] 및 측단면도[도 5의 (b)]이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 프레임 일체형 마스크는, 복수의 마스크(100) 및 하나의 프레임(200)을 포함할 수 있다. 다시 말해, 복수의 마스크(100)들을 각각 하나씩 프레임(200)에 접착한 형태이다. 이하에서는, 설명의 편의상 사각 형태의 마스크(100)를 예로 들어 설명하나, 마스크(100)들은 프레임(200)에 접착되기 전에는 양측에 클램핑되는 돌출부를 구비한 스틱 마스크 형태일 수 있으며, 프레임(200)에 접착된 후에 돌출부가 제거될 수 있다.
각각의 마스크(100)에는 복수의 마스크 패턴(P)이 형성되며, 하나의 마스크(100)에는 하나의 셀(C)이 형성될 수 있다. 하나의 마스크 셀(C)은 스마트폰 등의 디스플레이 하나에 대응할 수 있다. 얇은 두께로 형성할 수 있도록, 마스크(100)는 전주도금(electroforming)으로 형성될 수 있다. 마스크(100)는 열팽창계수가 약 1.0 X 10 -6/℃인 인바(invar), 약 1.0 X 10 -7/℃ 인 슈퍼 인바(super invar) 재질일 수 있다. 이 재질의 마스크(100)는 열팽창계수가 매우 낮기 때문에 열에너지에 의해 마스크의 패턴 형상이 변형될 우려가 적어 고해상도 OLED 제조에서 있어서 FMM(Fine Metal Mask), 새도우 마스크(Shadow Mask)로 사용될 수 있다. 이 외에, 최근에 온도 변화값이 크지 않은 범위에서 화소 증착 공정을 수행하는 기술들이 개발되는 것을 고려하면, 마스크(100)는 이보다 열팽창계수가 약간 큰 니켈(Ni), 니켈-코발트(Ni-Co) 등의 재질일 수도 있다. 마스크의 두께는 약 2㎛ 내지 50㎛ 정도로 형성될 수 있다.
프레임(200)은 복수의 마스크(100)를 접착시킬 수 있도록 형성된다. 프레임(200)은 최외곽 테두리를 포함해 제1 방향(예를 들어, 가로 방향), 제2 방향(예를 들어, 세로 방향)으로 형성되는 여러 모서리를 포함할 수 있다. 이러한 여러 모서리들은 프레임(200) 상에 마스크(100)가 접착될 구역을 구획할 수 있다.
프레임(200)은 대략 사각 형상, 사각틀 형상의 테두리 프레임부(210)를 포함할 수 있다. 테두리 프레임부(210)의 내부는 중공 형태일 수 있다. 즉, 테두리 프레임부(210)는 중공 영역(R)을 포함할 수 있다. 프레임(200)은 인바, 슈퍼인바, 알루미늄, 티타늄 등의 금속 재질로 구성될 수 있으며, 열변형을 고려하여 마스크와 동일한 열팽창계수를 가지는 인바, 슈퍼 인바, 니켈, 니켈-코발트 등의 재질로 구성되는 것이 바람직하고, 이 재질들은 프레임(200)의 구성요소인 테두리 프레임부(210), 마스크 셀 시트부(220)에 모두 적용될 수 있다.
이에 더하여, 프레임(200)은 복수의 마스크 셀 영역(CR)을 구비하며, 테두리 프레임부(210)에 연결되는 마스크 셀 시트부(220)를 포함할 수 있다. 마스크 셀 시트부(220)는 마스크(100)와 마찬가지로 전주도금으로 형성되거나, 그 외의 막 형성 공정을 사용하여 형성될 수 있다. 또한, 마스크 셀 시트부(220)는 평면의 시트(sheet)에 레이저 스크라이빙, 에칭 등을 통해 복수의 마스크 셀 영역(CR)을 형성한 후, 테두리 프레임부(210)에 연결할 수 있다. 또는, 마스크 셀 시트부(220)는 평면의 시트를 테두리 프레임부(210)에 연결한 후, 레이저 스크라이빙, 에칭 등을 통해 복수의 마스크 셀 영역(CR)을 형성할 수 있다. 본 명세서에서는 마스크 셀 시트부(220)에 먼저 복수의 마스크 셀 영역(CR)을 형성한 후, 테두리 프레임부(210)에 연결한 것을 주로 상정하여 설명한다.
마스크 셀 시트부(220)는 테두리 시트부(221) 및 제1, 2 그리드 시트부(223, 225) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다. 테두리 시트부(221) 및 제1, 2 그리드 시트부(223, 225)는 동일한 시트에서 구획된 각 부분을 지칭하며, 이들은 상호간에 일체로 형성된다.
테두리 시트부(221)가 실질적으로 테두리 프레임부(210)에 연결될 수 있다. 따라서, 테두리 시트부(221)는 테두리 프레임부(210)와 대응하는 대략 사각 형상, 사각틀 형상을 가질 수 있다.
또한, 제1 그리드 시트부(223)는 제1 방향(가로 방향)으로 연장 형성될 수 있다. 제1 그리드 시트부(223)는 직선 형태로 형성되어 양단이 테두리 시트부(221)에 연결될 수 있다. 마스크 셀 시트부(220)가 복수의 제1 그리드 시트부(223)를 포함하는 경우, 각각의 제1 그리드 시트부(223)는 동등한 간격을 이루는 것이 바람직하다.
또한, 이에 더하여, 제2 그리드 시트부(225)가 제2 방향(세로 방향)으로 연장 형성될 수 있다. 제2 그리드 시트부(225)는 직선 형태로 형성되어 양단이 테두리 시트부(221)에 연결될 수 있다. 제1 그리드 시트부(223)와 제2 그리드 시트부(225)는 서로 수직 교차될 수 있다. 마스크 셀 시트부(220)가 복수의 제2 그리드 시트부(225)를 포함하는 경우, 각각의 제2 그리드 시트부(225)는 동등한 간격을 이루는 것이 바람직하다.
한편, 제1 그리드 시트부(223)들 간의 간격과, 제2 그리드 시트부(225)들 간의 간격은 마스크 셀(C)의 크기에 따라서 동일하거나 상이할 수 있다.
제1 그리드 시트부(223) 및 제2 그리드 시트부(225)는 박막 형태의 얇은 두께를 가지지만, 길이 방향에 수직하는 단면의 형상은 직사각형, 평행사변형과 같은 사각형 형상, 삼각형 형상 등일 수 있고, 변, 모서리 부분이 일부 라운딩 될 수도 있다. 단면 형상은 레이저 스크라이빙, 에칭 등의 과정에서 조절 가능하다.
테두리 프레임부(210)의 두께는 마스크 셀 시트부(220)의 두께보다 두꺼울 수 있다. 테두리 프레임부(210)는 프레임(200)의 전체 강성을 담당하기 때문에 수mm 내지 수cm의 두께로 형성될 수 있다.
마스크 셀 시트부(220)의 경우는, 실질적으로 두꺼운 시트를 제조하는 공정이 어렵고, 너무 두꺼우면 OLED 화소 증착 공정에서 유기물 소스(600)[도 16 참조]가 마스크(100)를 통과하는 경로를 막는 문제를 발생시킬 수 있다. 반대로, 두께가 너무 얇아지면 마스크(100)를 지지할 정도의 강성 확보가 어려울 수 있다. 이에 따라, 마스크 셀 시트부(220)는 테두리 프레임부(210)의 두께보다는 얇지만, 마스크(100)보다는 두꺼운 것이 바람직하다. 마스크 셀 시트부(220)의 두께는, 약 0.1mm 내지 1mm 정도로 형성될 수 있다. 그리고, 제1, 2 그리드 시트부(223, 225)의 폭은 약 1~5mm 정도로 형성될 수 있다.
평면의 시트에서 테두리 시트부(221), 제1, 2 그리드 시트부(223, 225)가 점유하는 영역을 제외하여, 복수의 마스크 셀 영역(CR: CR11~CR56)이 제공될 수 있다. 다른 관점에서, 마스크 셀 영역(CR)이라 함은, 테두리 프레임부(210)의 중공 영역(R)에서 테두리 시트부(221), 제1, 2 그리드 시트부(223, 225)가 점유하는 영역을 제외한, 빈 영역을 의미할 수 있다.
이 마스크 셀 영역(CR)에 마스크(100)의 셀(C)이 대응됨에 따라, 실질적으로 마스크 패턴(P)을 통해 OLED의 화소가 증착되는 통로로 이용될 수 있게 된다. 전술하였듯이 하나의 마스크 셀(C)은 스마트폰 등의 디스플레이 하나에 대응한다. 하나의 마스크(100)에는 하나의 셀(C)을 구성하는 마스크 패턴(P)들이 형성될 수 있다. 또는, 하나의 마스크(100)가 복수의 셀(C)을 구비하고 각각의 셀(C)이 프레임(200)의 각각의 셀 영역(CR)에 대응할 수도 있으나, 마스크(100)의 명확한 정렬을 위해서는 대면적 마스크(100)를 지양할 필요가 있고, 하나의 셀(C)을 구비하는 소면적 마스크(100)가 바람직하다. 또는, 프레임(200)의 하나의 셀 영역(CR)에 복수의 셀(C)을 가지는 하나의 마스크(100)가 대응할 수도 있다. 이 경우, 명확한 정렬을 위해서는 2-3개 정도의 소수의 셀(C)을 가지는 마스크(100)를 대응하는 것을 고려할 수 있다.
프레임(200)은 복수의 마스크 셀 영역(CR)을 구비하고, 각각의 마스크(100)는 각각 하나의 마스크 셀(C)이 마스크 셀 영역(CR)에 대응되도록 접착될 수 있다. 각각의 마스크(100)는 복수의 마스크 패턴(P)이 형성된 마스크 셀(C) 및 마스크 셀(C) 주변의 더미[셀(C)을 제외한 마스크 막(110) 부분에 대응]를 포함할 수 있다. 더미는 마스크 막(110)만을 포함하거나, 마스크 패턴(P)과 유사한 형태의 소정의 더미 패턴이 형성된 마스크 막(110)을 포함할 수 있다. 마스크 셀(C)은 프레임(200)의 마스크 셀 영역(CR)에 대응하고, 더미의 일부 또는 전부가 프레임(200)[마스크 셀 시트부(220)]에 접착될 수 있다. 이에 따라, 마스크(100)와 프레임(200)이 일체형 구조를 이룰 수 있게 된다.
한편, 다른 실시예에 따르면, 프레임은 테두리 프레임부(210)에 마스크 셀 시트부(220)를 접착하여 제조하지 않고, 테두리 프레임부(210)의 중공 영역(R) 부분에 테두리 프레임부(210)와 일체인 그리드 프레임[그리드 시트부(223, 225)에 대응]을 곧바로 형성한 프레임을 사용할 수도 있다. 이러한 형태의 프레임도 적어도 하나의 마스크 셀 영역(CR)을 포함하며, 마스크 셀 영역(CR)에 마스크(100)를 대응시켜 프레임 일체형 마스크를 제조할 수 있게 된다.
이하에서는, 프레임 일체형 마스크를 제조하는 과정에 대해 설명한다.
먼저, 도 4 및 도 5에서 상술한 프레임(200)을 제공할 수 있다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임(200)의 제조 과정을 나타내는 개략도이다.
도 6의 (a)를 참조하면, 테두리 프레임부(210)를 제공한다. 테두리 프레임부(210)는 중공 영역(R)을 포함한 사각 틀 형상일 수 있다.
다음으로, 도 6의 (b)를 참조하면, 마스크 셀 시트부(220)를 제조한다. 마스크 셀 시트부(220)는 전주도금 또는 그 외의 막 형성 공정을 사용하여 평면의 시트를 제조한 후, 레이저 스크라이빙, 에칭 등을 통해 마스크 셀 영역(CR) 부분을 제거함에 따라 제조할 수 있다. 본 명세서에서는 6 X 5의 마스크 셀 영역(CR: CR11~CR56)을 형성한 것을 예로 들어 설명한다. 5개의 제1 그리드 시트부(223) 및 4개의 제2 그리드 시트부(225)가 존재할 수 있다.
다음으로, 마스크 셀 시트부(220)를 테두리 프레임부(210)에 대응할 수 있다. 대응시키는 과정에서, 마스크 셀 시트부(220)의 모든 측을 인장(F1~F4)하여 마스크 셀 시트부(220)를 평평하게 편 상태로 테두리 시트부(221)를 테두리 프레임부(210)에 대응할 수 있다. 한 측에서도 여러 포인트[도 6의 (b)의 예로, 1~3포인트]로 마스크 셀 시트부(220)를 잡고 인장할 수 있다. 한편, 모든 측이 아니라, 일부 측 방향을 따라 마스크 셀 시트부(220)를 인장(F1, F2) 할 수도 있다.
다음으로, 마스크 셀 시트부(220)를 테두리 프레임부(210)에 대응하면, 마스크 셀 시트부(220)의 테두리 시트부(221)를 용접(W)하여 접착할 수 있다. 마스크 셀 시트부(220)가 테두리 프레임부(220)에 견고하게 접착될 수 있도록, 모든 측을 용접(W)하는 것이 바람직하다. 용접(W)은 테두리 프레임부(210)의 모서리쪽에 최대한 가깝게 수행하여야 테두리 프레임부(210)와 마스크 셀 시트부(220) 사이의 들뜬 공간을 최대한 줄이고 밀착성을 높일 수 있게 된다. 용접(W) 부분은 라인(line) 또는 스팟(spot) 형태로 생성될 수 있으며, 마스크 셀 시트부(220)와 동일한 재질을 가지고 테두리 프레임부(210)와 마스크 셀 시트부(220)를 일체로 연결하는 매개체가 될 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 프레임의 제조 과정을 나타내는 개략도이다. 도 6의 실시예는 마스크 셀 영역(CR)을 구비한 마스크 셀 시트부(220)를 먼저 제조하고 테두리 프레임부(210)에 접착하였으나, 도 7의 실시예는 평면의 시트를 테두리 프레임부(210)에 접착한 후에, 마스크 셀 영역(CR) 부분을 형성한다.
먼저, 도 6의 (a)처럼, 중공 영역(R)을 포함한 테두리 프레임부(210)를 제공한다.
다음으로, 도 7의 (a)를 참조하면, 테두리 프레임부(210)에 평면의 시트[평면의 마스크 셀 시트부(220')]를 대응할 수 있다. 마스크 셀 시트부(220')는 아직 마스크 셀 영역(CR)이 형성되지 않은 평면 상태이다. 대응시키는 과정에서, 마스크 셀 시트부(220')의 모든 측을 인장(F1~F4)하여 마스크 셀 시트부(220')를 평평하게 편 상태로 테두리 프레임부(210)에 대응할 수 있다. 한 측에서도 여러 포인트[도 7의 (a)의 예로, 1~3포인트]로 마스크 셀 시트부(220')를 잡고 인장할 수 있다. 한편, 모든 측이 아니라, 일부 측 방향을 따라 마스크 셀 시트부(220')를 인장(F1, F2) 할 수도 있다.
다음으로, 마스크 셀 시트부(220')를 테두리 프레임부(210)에 대응하면, 마스크 셀 시트부(220')의 테두리 부분을 용접(W)하여 접착할 수 있다. 마스크 셀 시트부(220')가 테두리 프레임부(220)에 견고하게 접착될 수 있도록, 모든 측을 용접(W)하는 것이 바람직하다. 용접(W)은 테두리 프레임부(210)의 모서리쪽에 최대한 가깝게 수행하여야 테두리 프레임부(210)와 마스크 셀 시트부(220') 사이의 들뜬 공간을 최대한 줄이고 밀착성을 높일 수 있게 된다. 용접(W) 부분은 라인(line) 또는 스팟(spot) 형태로 생성될 수 있으며, 마스크 셀 시트부(220')와 동일한 재질을 가지고 테두리 프레임부(210)와 마스크 셀 시트부(220')를 일체로 연결하는 매개체가 될 수 있다.
다음으로, 도 7의 (b)를 참조하면, 평면의 시트[평면의 마스크 셀 시트부(220')]에 마스크 셀 영역(CR)을 형성한다. 레이저 스크라이빙, 에칭 등을 통해 마스크 셀 영역(CR) 부분의 시트를 제거함에 따라 마스크 셀 영역(CR)을 형성할 수 있다. 본 명세서에서는 6 X 5의 마스크 셀 영역(CR: CR11~CR56)을 형성한 것을 예로 들어 설명한다. 마스크 셀 영역(CR)을 형성하게 되면, 테두리 프레임부(210)와 용접(W)된 부분이 테두리 시트부(221)가 되고, 5개의 제1 그리드 시트부(223) 및 4개의 제2 그리드 시트부(225)를 구비하는 마스크 셀 시트부(220)가 구성될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크(100)의 이송 시스템의 구성요소들을 나타내는 개략도이다. 도 8의 (a)는 마스크(100)를 나타내는 평면도 및 측단면도, 도 8의 (b)는 트레이(50)를 나타내는 평단면도 및 측단면도, 도 8의 (c)는 마스크 로딩부(90)를 나타내는 평단면도 및 측단면도이다. 마스크(100)의 이송 시스템인 트레이(50) 및 마스크 로딩부(90)는 프레임(200)에 마스크(100)를 대응하고 접착하기 전에, 마스크(100)를 프레임(200)까지 이송하는 시스템을 의미할 수 있다.
도 8의 (a)를 참조하면, 복수의 마스크 패턴(P)이 형성된 마스크(100)를 제공할 수 있다. 마스크(100)는 복수의 마스크 패턴(P)이 형성된 마스크 셀(C) 및 마스크 셀(C) 주변의 더미(DM)를 포함할 수 있다. 더미(DM)는 셀(C)을 제외한 마스크 막(110) 부분에 대응하고, 마스크 막(110)만을 포함하거나, 마스크 패턴(P)과 유사한 형태의 소정의 더미 패턴이 형성된 마스크 막(110)을 포함할 수 있다. 더미(DM)는 마스크(100)의 테두리에 대응하여 더미(DM)의 일부 또는 전부가 프레임(200)[마스크 셀 시트부(220)]에 접착될 수 있다. 전주도금 방식으로 인바, 슈퍼 인바 재질의 마스크(100)를 제조할 수 있다.
전주도금에서 음극체(cathode)로 사용하는 모판(mother plate)은 전도성 재질을 사용한다. 전도성 재질로서, 메탈의 경우에는 표면에 메탈 옥사이드들이 생성되어 있을 수 있고, 메탈 제조 과정에서 불순물이 유입될 수 있으며, 다결정 실리콘 기재의 경우에는 개재물 또는 결정립계(Grain Boundary)가 존재할 수 있으며, 전도성 고분자 기재의 경우에는 불순물이 함유될 가능성이 높고, 강도. 내산성 등이 취약할 수 있다. 메탈 옥사이드, 불순물, 개재물, 결정립계 등과 같이 모판(또는, 음극체)의 표면에 전기장이 균일하게 형성되는 것을 방해하는 요소를 "결함"(Defect)으로 지칭한다. 결함(Defect)에 의해, 상술한 재질의 음극체에는 균일한 전기장이 인가되지 못하여 도금막[마스크(100)]의 일부가 불균일하게 형성될 수 있다.
UHD 급 이상의 초고화질 화소를 구현하는데 있어서 도금막 및 도금막 패턴[마스크 패턴(P)]의 불균일은 화소의 형성에 악영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 현재 QHD 화질의 경우는 500~600 PPI(pixel per inch)로 화소의 크기가 약 30~50㎛에 이르며, 4K UHD, 8K UHD 고화질의 경우는 이보다 높은 ~860 PPI, ~1600 PPI 등의 해상도를 가지게 된다. VR 기기에 직접 적용되는 마이크로 디스플레이, 또는 VR 기기에 끼워서 사용되는 마이크로 디스플레이는 약 2,000 PPI 이상급의 초고화질을 목표로 하고 있고, 화소의 크기는 약 5~10㎛ 정도에 이르게 된다. 이에 적용되는 FMM, 새도우 마스크의 패턴 폭은 수~수십㎛의 크기, 바람직하게는 30㎛보다 작은 크기로 형성될 수 있으므로, 수㎛ 크기의 결함조차 마스크의 패턴 사이즈에서 큰 비중을 차지할 정도의 크기이다. 또한, 상술한 재질의 음극체에서의 결함을 제거하기 위해서는 메탈 옥사이드, 불순물 등을 제거하기 위한 추가적인 공정이 수행될 수 있으며, 이 과정에서 음극체 재료가 식각되는 등의 또 다른 결함이 유발될 수도 있다.
따라서, 본 발명은 단결정 재질의 모판(또는, 음극체)를 사용할 수 있다. 특히, 단결정 실리콘 재질인 것이 바람직하다. 전도성을 가지도록, 단결정 실리콘 재질의 모판에는 10 19/cm 3이상의 고농도 도핑이 수행될 수 있다. 도핑은 모판의 전체에 수행될 수도 있으며, 모판의 표면 부분에만 수행될 수도 있다.
한편, 단결정 재질로는, Ti, Cu, Ag 등의 금속, GaN, SiC, GaAs, GaP, AlN, InN, InP, Ge 등의 반도체, 흑연(graphite), 그래핀(graphene) 등의 탄소계 재질, CH 3NH 3PbCl 3, CH 3NH 3PbBr 3, CH 3NH 3PbI 3, SrTiO 3 등을 포함하는 페로브스카이트(perovskite) 구조 등의 초전도체용 단결정 세라믹, 항공기 부품용 단결정 초내열합금 등이 사용될 수 있다. 금속, 탄소계 재질의 경우는 기본적으로 전도성 재질이다. 반도체 재질의 경우에는, 전도성을 가지도록 1019 이상의 고농도 도핑이 수행될 수 있다. 기타 재질의 경우에는 도핑을 수행하거나 산소 공공(oxygen vacancy) 등을 형성하여 전도성을 형성할 수 있다. 도핑은 모판의 전체에 수행될 수도 있으며, 모판의 표면 부분에만 수행될 수도 있다.
단결정 재질의 경우는 결함이 없기 때문에, 전주 도금 시에 표면 전부에서 균일한 전기장 형성으로 인한 균일한 도금막[마스크(100)]이 생성될 수 있는 이점이 있다. 균일한 도금막을 통해 제조하는 프레임 일체형 마스크(100, 200)는 OLED 화소의 화질 수준을 더욱 개선할 수 있다. 그리고, 결함을 제거, 해소하는 추가 공정이 수행될 필요가 없으므로, 공정비용이 감축되고, 생산성이 향상되는 이점이 있다.
또한, 실리콘 재질, 또는 산화(Oxidation), 질화(Nitridation)에 의해 표면에 절연막을 형성할 수 있는 단결정 재질이라면, 필요에 따라 모판의 표면을 산화, 질화하는 과정만으로 절연부를 형성할 수 있는 이점이 있다. 절연부는 포토레지스트를 사용하여 형성할 수도 있다. 절연부가 형성된 부분에서는 도금막[마스크(100)]의 전착이 방지되어, 도금막에 패턴[마스크 패턴(P)]을 형성하게 된다.
한편, 본 발명의 모판의 재질은 음극체의 결함을 감축하는 범위 내에서라면 반드시 상술한 단결정 재질에 제한되지는 않음을 밝혀둔다.
마스크 패턴(P)의 폭은 40㎛보다 작게 형성될 수 있고, 마스크(100)의 두께는 약 2~50㎛로 형성될 수 있다. 프레임(200)이 복수의 마스크 셀 영역(CR: CR11~CR56)을 구비하므로, 각각의 마스크 셀 영역(CR: CR11~CR56)에 대응하는 마스크 셀(C: C11~C56)을 가지는 마스크(100)도 복수개 구비할 수 있다.
도 8의 (b)를 참조하면, 트레이(tray; 50)를 제공할 수 있다. 트레이(50)는 마스크(100)를 프레임(200)에 대응시키기 위해 마스크(100)를 트레이(tray; 50) 상에 부착한 상태로 이동시키는데 사용할 수 있다. 트레이(50)는 마스크(100)를 평평하게 부착할 수 있도록, 평판 형상인 것이 바람직하다. 마스크(100)가 전체적으로 평평하게 부착될 수 있도록 트레이(50)의 크기는 마스크(100)보다 큰 평판 형상일 수 있다.
트레이(50)는 일면의 표면 조도(Ra)가 100nm 이하인 웨이퍼(wafer)를 사용할 수 있다. 또는, 표면 조도(Ra)가 100nm 이하인 글래스(glass), 실리카(silica), 내열유리, 석영(quartz), 알루미나(Al 2O 3) 등의 재질을 사용할 수도 있다. 한편, 웨이퍼 재질의 트레이(50)는 레이저(L) 광에 불투명할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 트레이(50)는, 트레이(50)의 상부에서 조사하는 레이저(L)가 마스크(100)의 용접부에까지 도달할 수 있도록, 트레이(50)에는 레이저 통과공(51)이 형성될 수 있다.
도 8의 (b)를 다시 참조하면, 레이저 통과공(51)은 용접부의 위치 및 개수에 대응하도록 트레이(50)에 형성될 수 있다. 용접부는 마스크(100)의 테두리 또는 더미(DM) 부분에서 소정 간격을 따라 복수개 배치되어 있으므로, 레이저 통과공(51)도 이에 대응하도록 소정 간격을 따라 복수개 형성될 수 있다. 일 예로, 용접부는 마스크(100)의 양측(좌측/우측) 더미(DM) 부분에 소정 간격을 따라 복수개 배치되어 있으므로, 레이저 통과공(51)도 트레이(50)의 양측(좌측/우측)에 소정 간격을 따라 복수개 형성될 수 있다.
레이저 통과공(51)은 반드시 용접부의 위치 및 개수에 대응될 필요는 없다. 예를 들어, 레이저 통과공(51) 중 일부에 대해서만 레이저(L)를 조사하여 용접을 수행할 수도 있다. 또한, 용접부에 대응되지 않는 레이저 통과공(51) 중 일부는 트레이(50)의 일면에 접촉하는 마스크(100)에 진공 흡압을 가하는 통로인 진공 홀(vacuum hole)을 대신하여 사용할 수도 있다. 또한, 용접부에 대응되지 않는 레이저 통과공(51) 중 일부는 마스크(100)와 트레이(50)을 정렬할 때 얼라인 마크를 대신하여 사용할 수도 있다. 만약, 트레이(50)의 재질이 레이저(L) 광에 투명하다면 레이저 통과공(51)을 형성하지 않을 수도 있다.
한편, 트레이(50)에는 프레임(200)의 셀 영역(CR)에 마스크(100)를 대응한 후, 접착하기 전에 마스크(100)를 얼라인 하는데 사용하는 얼라인 홀(align hole; 53)이 더 형성될 수 있다. 얼라인 홀(53)을 통해 얼라인 카메라 유닛(미도시)이 마스크(100)의 정렬 상태를 확인할 수 있다. 얼라인 홀(53)은 마스크 셀(C), 마스크 더미(DM) 중 적어도 어느 하나의 일부에 대응하는 트레이(50)의 부분에 형성될 수 있다. 얼라인 홀(53)이 적어도 마스크 셀(C)의 일부 마스크 패턴(P)에 대응하여야 마스크(100)를 정렬할 수 있고, 마스크 더미(DM)를 적어도 일부에 대응하여야 마스크 셀(C)과 더미(DM)의 경계를 구분지어 정렬이 용이해질 수 있게 된다.
도 8의 (c)를 참조하면, 마스크 로딩부(90)를 제공할 수 있다. 마스크 로딩부(90)는 제조된 마스크(100)를 평평하게 펼쳐서 프레임(200)으로 이동하기 전에 마스크(100)를 로딩하는 공간을 제공할 수 있다. 마스크 로딩부(90)는 마스크(100)를 평평하게 로딩할 수 있도록, 평판 형상인 것이 바람직하다. 마스크(100)가 전체적으로 평평하게 로딩될 수 있도록 마스크 로딩부(90)의 크기는 마스크(100)보다 큰 평판 형상일 수 있다.
마스크(100)가 로딩될 때, 또는, 로딩된 후에 마스크(100)에 주름이 생기지 않고 평평한 상태를 유지할 수 있도록, 마스크 로딩부(90)는 마스크(100)의 일면을 흡착할 수 있다. 마스크 로딩부(90)가 마스크(100)의 일면을 흡착할 수 있도록, 마스크(100)와 대응하는 마스크 로딩부(90)의 일면 상에 복수의 진공 홀(vacuum hole; VH)이 형성될 수 있다. 마스크 로딩부(90)는 외부의 펌핑 수단(미도시)에 연결되어 마스크 로딩부(90) 내의 공기를 펌핑하여 진공 홀(VH)에 흡압을 전달할 수 있다. 복수의 진공 홀(VH)의 흡압에 의해 마스크(100)가 전체적으로 마스크 로딩부(90)에 흡착될 수 있다.
마스크 로딩부(90)는 모서리에 함몰부(91)가 형성될 수 있다. 사각 형상의 마스크 로딩부(90)를 고려하면, 4개의 모서리에 각각 함몰부(91)가 형성될 수 있다. 마스크(100) 및 트레이(50)가 마스크 로딩부(90) 상에 로딩되면 함몰부(91)의 외측으로 마스크(100) 및 트레이(50)의 일부가 돌출, 노출될 수 있다. 이에 따라, 돌출, 노출된 부분을 이용하여 마스크(100)를 평평히 펼치거나, 트레이(50)를 그립 수단(미도시)을 통해 그립 할 수 있게 된다.
이하에서는, 마스크(100)가 마스크의 이송 시스템 내에서 처리되는 일련의 과정을 설명한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크(100)를 진공 이송부(60)가 흡착한 상태를 나타내는 개략도이다.
도 9를 참조하면, 마스크(100)의 측을 진공 이송부(60)가 흡착할 수 있다. 진공 이송부(60)는 마스크(100)를 흡착한 후 외측으로 잡아당겨 마스크(100)를 평평하게 펼 수 있다.
제조한 마스크(100)는 평평하게 편 상태로 프레임(200) 상에 로딩되어 접착되는 공정을 거칠 수 있다. 이때 마스크(100)를 이동하는 과정에서, 마스크(100)는 두께가 약 2㎛ ~ 50㎛으로 박막이고, 약간의 힘만 가해져도 주름이 생길 수 있어 그 취급에 주의가 필요하다. 게다가 마스크(100)에는 미세한 복수의 마스크 패턴(P)들이 형성되어 있으므로, 마스크 패턴(P)들의 정렬이 어긋나지 않도록 마스크(100)를 주름없이 평평하게 펴져야 한다. 마스크(100)를 편 상태로 이동시키기 위해서 마스크(100)의 양면을 그립퍼로 잡게되면 마스크(100)에 손상이 생길 수 있고, 양면을 잡기 때문에 프레임(200) 상에 로딩하기가 쉽지 않다. 게다가, 그립퍼로 마스크(100)를 잡아서 마스크 패턴(P)의 정렬 오타 없이 평평하게 이동하여 프레임(200) 상에 로딩하는 것도 매우 어려운 문제점이 있다.
이에 따라, 진공 이송부(60)가 마스크(100)의 측에 진공(V)에 의한 흡착을 수행할 수 있다. 여기서, 진공(V)에 의한 흡착은, 마스크(100) 주변의 환경을 진공으로 만들어서 흡착한다는 의미는 아니며, 진공 이송부(60)의 내부 기체 유로(63)를 따라 공기가 외부로 펌핑되어 흡착력이 발생되어 마스크(100)가 진공 이송부(60)에 흡착되는 것으로 이해될 수 있다.
진공 이송부(60)는 하우징(61)을 포함하고, 하우징(61) 내부에는 기체 유로(63)가 제공될 수 있다. 하우징(61)의 일단은 마스크(100)의 측에 접촉하고, 타단은 외부의 펌핑 수단(미도시)에 연결될 수 있다. 펌프 등의 펌핑 수단(미도시)은 하우징(61) 내부의 기체 유로(63)로부터 공기를 펌핑하여 하우징(61) 내부를 진공 분위기로 만들 수 있다. 이에 따라 하우징(61)의 일단에 접촉한 마스크(100)는 진공 이송부(60)에 흡착될 수 있다.
하우징(61)의 일단에는 다공질부(65)가 배치될 수 있다. 다공질부(65)는 매우 작은 공극(porous)을 포함하는 다공성 재질로 구성될 수 있다. 진공 이송부(60)에 홀(hole)이나 슬릿(slit)을 통해 마스크(100)를 흡착하면, 홀, 슬릿은 그 크기가 크고 홀, 슬릿의 형성 면적에서 흡착력이 균일하지 않아 마스크(100)의 일부에 스트레스가 가해질 수 있다. 따라서, 다공질부(65)의 공극들 사이로 진공을 가하면, 다공질부(65) 표면에 균일하게 흡착력을 발생시킬 수 있으므로, 마스크(100)를 안정적으로 흡착하고 이동할 수 있게 된다.
진공 이송부(60)는 마스크(100)의 적어도 두측을 흡착할 수 있다. 예를 들어, 마스크(100)의 좌측 및 우측의 두측을 흡착하거나, 마스크(100)의 상하좌우 네측을 흡착할 수도 있다. 일 예로, 도 9의 (a)에는 2개의 진공 이송부(60)가 마스크(100)의 좌측 및 우측을 흡착하여 좌측, 우측 방향으로 당길 수 있는 예가 도시되어 있다. 다른 예로, 도 9의 (b)에는 4개의 진공 이송부(60')가 마스크(100)의 네 모서리 부분을 흡착하여 마스크(100)를 좌측, 우측, 상측, 하측 방향으로 당길 수 있는 예가 도시되어 있다. 단, 이에 제한되는 것은 아니며 진공 이송부(60)의 개수는 마스크(100)의 당기는 방향, 이동 등을 고려하여 정할 수 있다. 진공 이송부(60)에는 마스크(100)를 당기거나, 흡착하여 옮기기 위해, 진공 이송부(60)를 X, Y, Z, θ 축으로 움직이도록 하는 레일, 벨트 등의 이동 수단(미도시)이 연결될 수 있다. 이하에서는 도 9의 (b)의 형태로 상정하여 설명한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크 이송 시스템의 동작 과정을 나타내는 개략도이다.
도 10의 (a)를 참조하면, 진공 이송부(60)가 마스크(100)를 흡착하여 마스크 로딩부(90)로 이동할 수 있다. 마스크(100)는 진공 이송부(60)에 의해 네 모서리가 흡착되고 평평하게 펼쳐진 상태로 마스크 로딩부(90) 상에 로딩될 수 있다. 또는, 마스크 로딩부(90) 상에 마스크(100)가 로딩된 상태에서 진공 이송부(60)가 마스크(100)를 평평하게 펼칠 수도 있다.
이어서, 마스크 로딩부(90) 상의 진공 홀(VH)에서 마스크(100)에 흡압을 인가하여 마스크(100)를 마스크 로딩부(90) 상에 흡착 시킬 수 있다. 또는, 진공 이송부(60)가 마스크(100)를 마스크 로딩부(90) 상에 이동시키는 과정에서 진공 홀(VH)에서 마스크(100)에 흡압을 인가할 수도 있다.
한편, 진공 이송부(60)를 사용하지 않는 경우에도, 예를 들어 그립퍼(미도시)로 마스크(100)의 모서리를 그립하고 마스크 로딩부(90)로 이동한 후에, 마스크(100)를 펼치면서 마스크 로딩부(90)의 진공 홀(VH)에서 흡압을 인가하여 마스크(100)를 흡착시킬 수도 있다. 마스크 로딩부(90)의 모서리에는 함몰부(91)가 형성되어 있으므로, 그립퍼가 마스크(100)의 모서리 양면을 그립하고 있어도 마스크 로딩부(90)와 간섭되지 않을 수 있다.
마스크(100)가 마스크 로딩부(90) 상에 로딩되면, 마스크(100)의 적어도 모서리 부분이 함몰부(91)의 외측으로 돌출, 노출될 수 있다.
다음으로, 도 10의 (b)를 참조하면, 마스크 로딩부(90)에 접촉하는 마스크(100)의 일면의 반대면인 타면 상에 트레이(50)를 접촉시킬 수 있다. 트레이(50)는 마스크(100)보다 큰 면적을 가지고, 트레이(50)가 마스크(100) 상에 접촉되면, 트레이(50)의 적어도 모서리 부분이 함몰부(91)의 외측으로 돌출, 노출될 수 있다.
다음으로, 도 10의 (c)를 참조하면, 트레이(50)에 마스크(100)가 지지되어 마스크 로딩부(90)로부터 마스크(100)가 분리될 수 있다. 일 예로, 트레이(50)에 마스크(100)가 흡착지지됨에 따라 마스크(100)의 타면과 트레이(50)가 상호 흡착되어 마스크 로딩부(90)로부터 마스크(100)가 분리될 수 있다. 이때, 마스크 로딩부(90)의 진공 홀(VH)에서는 흡압이 인가되지 않거나, 적어도 트레이(50)와 마스크(100) 사이의 흡착력보다는 적은 흡압이 인가되는 정도일 수 있다.
일 예로, 트레이(50)에는 복수의 흡압공(미도시)이 형성될 수 있다. 복수의 흡압공(미도시)은 마스크 로딩부(90)의 진공 홀(VH)과 유사하게 마스크(100)에 흡압을 인가하는 통로일 수 있다. 이에 따라 복수의 흡압공(미도시)에 흡압을 인가할 수 있는 펌핑 수단(미도시)이 트레이(50)에 연결될 수 있다. 다른 예로, 트레이(50)의 레이저 통과공(51)의 적어도 일부에 펌핑 수단(미도시)이 흡압을 인가하여 마스크(100)를 흡착 지지할 수 있다. 레이저 통과공(51)은 이 과정에서는 흡압을 인가하는 통로로 사용되며, 이후에 마스크(100)를 프레임(200)에 접착할 때에는 펌핑 수단(미도시)과의 연결이 해제되고, 레이저(L)가 통과하는 통로로 사용될 수 있다.
다음으로, 마스크(100)가 트레이(50)에 흡착지지되어 프레임(200)의 영역으로 이송될 수 있다.
이하에서는, 마스크(100)를 프레임(200)에 대응하고, 정렬한 후, 접착하는 일련의 과정을 설명한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 트레이(50)를 프레임 상에 로딩하여 마스크(100)를 프레임(200)의 셀 영역(CR)에 대응시키는 상태를 나타내는 개략도이다. 도 12는 비교예에 따른 트레이(50')를 프레임(200) 상에 로딩하여 마스크(100)를 프레임(200)의 셀 영역(CR)에 접착하는 과정 및 마스크(100)와 트레이(50')의 계면 상태를 나타내는 측단면도 및 부분 확대 측단면도이다. 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 트레이(50)를 프레임(200) 상에 로딩하여 마스크(100)를 프레임(200)의 셀 영역(CR)에 접착하는 과정 및 마스크(100)와 트레이(50)의 계면 상태를 나타내는 측단면도 및 부분 확대 측단면도이다.
다음으로, 도 11의 (a) 및 (b)를 참조하면, 마스크(100)를 프레임(200)의 하나의 마스크 셀 영역(CR)에 대응할 수 있다. 마스크(100)를 흡착지지한 트레이(50)를 프레임(200)[또는, 마스크 셀 시트부(220)] 상에 로딩하는 것으로 마스크(100)를 마스크 셀 영역(CR)에 대응시킬 수 있다. 트레이(50)가 프레임(200)[또는, 마스크 셀 시트부(220)] 상에 로딩되면, 마스크(100)는 트레이(50)와 프레임(200)[또는, 마스크 셀 시트부(220)] 사이에 배치되면서, 트레이(50)에 의해 압착될 수 있다.
한편, 하부 지지체(70)를 프레임(200) 하부에 더 배치할 수도 있다. 하부 지지체(70)는 프레임 테두리부(210)의 중공 영역(R) 내에 들어갈 정도의 크기를 가지고 평판 형상일 수 있다. 또한, 하부 지지체(70)의 상부면에는 마스크 셀 시트부(220)의 형상에 대응하는 소정의 지지홈(미도시)이 형성될 수도 있다. 이 경우 테두리 시트부(221) 및 제1, 2 그리드 시트부(223, 225)가 지지홈에 끼워지게 되어, 마스크 셀 시트부(220)가 더욱 잘 고정될 수 있다.
하부 지지체(70)는 마스크(100)가 접촉하는 마스크 셀 영역(CR)의 반대면을 압착할 수 있다. 즉, 하부 지지체(70)는 마스크 셀 시트부(220)를 상부 방향으로 지지하여 마스크(100)의 접착과정에서 마스크 셀 시트부(220)가 하부 방향으로 처지는 것을 방지할 수 있다. 이와 동시에, 하부 지지체(70)와 트레이(50)가 상호 반대되는 방향으로 마스크(100)의 테두리 및 프레임(200)[또는, 마스크 셀 시트부(220)]를 압착하게 되므로, 마스크(100)의 정렬 상태가 흐트러지지 않고 유지될 수 있게 된다.
이처럼, 트레이(50) 상에 마스크(100)를 부착하고, 트레이(50)를 프레임(200) 상에 로딩하는 것만으로 마스크(100)를 프레임(200)의 마스크 셀 영역(CR)에 대응하는 과정이 완료되므로, 이 과정에서 마스크(100)에 어떠한 인장력도 가하지 않을 수 있다.
이어서, 마스크(100)에 레이저(L)를 조사하여 레이저 용접에 의해 마스크(100)를 프레임(200)에 접착할 수 있다. 레이저 용접된 마스크의 용접부 부분에는 용접 비드(WB)가 생성되고, 용접 비드(WB)는 마스크(100)/프레임(200)과 동일한 재질을 가지고 일체로 연결될 수 있다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 한편, 트레이(50)에 의해 마스크(100)를 압착하는 것 외에도, 마스크(100)와 프레임(200)[또는, 테두리 시트부(221), 제1, 2 그리드 시트부(223, 225)]이 더욱 긴밀하게 맞닿도록, 트레이(50)의 상부에서 압착체(M)[도 13 참조]에 압착을 더 할 수 있다. 압착체(M)의 무게에 의한 하중 외에도 압착체(M)를 누르는 수단을 더 구비할 수 있다. 압착체(M)에는 레이저(L)가 통과하는 투과공(MH)이 형성될 수 있고, 레이저(L)는 투과공(MH)을 지난 후 투명한 트레이(50')를 통과하여 마스크(100)의 용접부(용접을 수행할 영역)에 조사될 수 있다.
하지만, 도 11과 같이, 트레이(50') 및 압착체(M)의 하중에도 불구하고, 트레이(50')와 마스크(100)의 계면 상에는 미세한 에어갭(air gap; AG)이 존재할 수 있다. 글라스 재질의 트레이(50')는 표면 조도(Ra)가 약 20~30㎛이기 때문에 마이크로미터 스케일에서 트레이(50')의 표면을 살펴보면 미세한 굴곡이 있기 마련이다. 이에 따라, 마스크(100)를 압착해도 트레이(50')와 마스크(100)가 긴밀히 맞닿지 않는 부분이 있을 수 있고, 이 부분에서는 압착 하중이 잘 전달되지 않아 마스크(100)와 프레임(200)[또는, 테두리 시트부(221), 제1, 2 그리드 시트부(223, 225)]도 긴밀히 맞닿지 않게 될 수 있다.
트레이(50')와 마스크(100)가 에어갭(AG)이 없이 긴밀히 맞닿는 부분에서는, 레이저(L1) 조사에 의해 마스크(100)와 프레임(200) 사이에서 용접 비드(WB)가 잘 생성되고, 마스크(100)와 프레임(200)을 일체로 연결하여, 결과적으로 용접이 잘 수행될 수 있다. 하지만, 트레이(50')와 마스크(100) 사이에 에어갭(AG)이 존재하여 긴밀히 맞닿지 않는 부분에서는, 레이저(L2) 조사에 의해 마스크(100)와 프레임(200) 사이에서 용접 비드(WB)가 잘 생성되지 않게 되고, 결과적으로 용접이 잘 수행되지 않는 문제점이 나타난다.
따라서, 도 12와 같이, 본 발명의 트레이(50)는 마스크(100)와의 계면 사이에서 에어갭(AG)이 발생하지 않도록, 마스크(100)와 접촉하는 일면이 경면일 수 있다. 구체적으로, 트레이(50)의 일면의 표면 조도(Ra)가 100nm 이하일 수 있다. 도 11에서 상술한 일반적인 글라스 재질의 트레이(50')는 표면 조도(Ra)가 약 20~30㎛이기 때문에, 마스크(100)와의 계면 사이에서 에어갭(AG)이 존재하여 ㎛ 스케일인 마스크 패턴(P)의 정렬 오차에 영향을 줄 수 있다. 하지만, 본 발명의 트레이(50)는 표면 조도(Ra)가 nm 스케일이기 때문에 에어갭(AG)이 없거나, 거의 없는 수준으로 마스크 패턴(P)의 정렬 오차에 영향을 주지 않게 된다.
표면 조도(Ra)가 100nm 이하인 트레이(50)를 구현하기 위해, 트레이(50)는 웨이퍼(wafer)를 사용할 수 있다. 웨이퍼(wafer)는 표면 조도(Ra)가 약 10nm 정도이고, 시중의 제품이 많고 표면처리 공정들이 많이 알려져 있으므로, 트레이(50)로 사용하기 적절하다. 이 외에도, 표면을 미세 경면 가공하여 표면 조도(Ra)가 100nm 이하를 만족할 수 있다면, 트레이(50)는 글래스(glass), 실리카(silica), 내열유리, 석영(quartz), 알루미나(Al 2O 3) 등의 재질을 사용할 수도 있다. 이하에서는 웨이퍼를 트레이(50)로 사용하는 것을 상정하여 설명한다.
표면 조도(Ra)가 100nm 이하인 트레이(50)와 마스크(100)의 계면 사이는 에어갭(AG)이 없이 긴밀하게 접촉될 수 있으므로, 마스크(100)의 용접부에 레이저(L)를 조사하여 레이저 용접을 수행할 때 용접 비드(WB)가 잘 생성될 수 있다. 마스크(100)의 용접부는 레이저(L)를 조사하여 용접 비드(WB)를 형성할 타겟 영역을 의미할 수 있다. 용접부는 마스크(100)의 테두리 또는 더미(DM) 부분에서 적어도 일부 영역에 해당할 수 있다. 레이저 용접된 마스크의 용접부 부분에는 용접 비드(WB)가 생성되고, 용접 비드(WB)는 마스크(100)/프레임(200)과 동일한 재질을 가지고 일체로 연결될 수 있다.
한편, 웨이퍼 재질의 트레이(50)는 레이저(L) 광에 불투명할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 트레이(50)는, 트레이(50)의 상부에서 조사하는 레이저(L)가 마스크(100)의 용접부에까지 도달할 수 있도록, 트레이(50)에는 레이저 통과공(51)이 형성될 수 있다.
다시, 도 11을 참조하면, 프레임(200)의 마스크 셀 시트부(220)는 얇은 두께를 가지기 때문에, 마스크(100)에 인장력이 가해진 채로 마스크 셀 시트부(220)에 접착이 되면, 마스크(100)에 잔존하는 인장력이 마스크 셀 시트부(220) 및 마스크 셀 영역(CR)에 작용하게 되어 이들을 변형시킬 수도 있다. 따라서, 마스크(100)에 인장력을 가하지 않은 채로 마스크 셀 시트부(220)에 마스크(100)의 접착을 수행해야 한다. 그리하여, 마스크(100)에 가해진 인장력이 반대로 프레임(200)에 장력(tension)으로 작용하여 프레임(200)[또는, 마스크 셀 시트부(220)]을 변형시키는 것을 방지할 수 있게 된다.
다만, 마스크(100)에 인장력을 가하지 않고 프레임(200)[또는, 마스크 셀 시트부(220)]에 접착시켜 프레임 일체형 마스크를 제조하고, 이 프레임 일체형 마스크를 화소 증착 공정에 사용할 때 한가지 문제가 발생할 수 있다. 약 25~45℃ 정도에서 수행되는 화소 증착 공정에서 마스크(100)가 소정 길이만큼 열팽창 하는 것이다. 인바 재질의 마스크(100)라고 하더라도, 화소 증착 공정 분위기를 형성하기 위한 10℃ 정도의 온도 상승에 따라 약 1~3 ppm 만큼의 길이가 변할 수 있다. 예를 들어, 마스크(100)의 총 길이가 500 mm 경우, 약 5~15㎛만큼의 길이가 늘어날 수 있다. 그러면, 마스크(100)가 자중에 의해 쳐지거나, 프레임(200)에서 고정된 상태에서 늘어나 뒤틀리는 등의 변형을 일으키면서 패턴(P)들의 정렬 오차가 커지는 문제점이 발생하게 된다.
따라서, 본 발명은 상온이 아닌 이보다 높은 온도 상에서, 마스크(100)에 인장력을 가하지 않은 채로, 프레임(200)의 마스크 셀 영역(CR)에 대응하고 접착하는 것을 특징으로 한다. 본 명세서에서는 공정 영역의 온도를 제1 온도로 상승(ET)시킨 후에 마스크(100)를 프레임(200)에 대응한다고 표현한다.
"공정 영역"이라 함은 마스크(100), 프레임(200) 등의 구성 요소들이 위치하고, 마스크(100)의 접착 공정 등이 수행되는 공간을 의미할 수 있다. 공정 영역은 폐쇄된 챔버 내에 공간일 수도 있고, 개방된 공간일 수도 있으며, 마스크(100)가 프레임(200)에 접착되는 공정이 수행되는 스테이지부(미도시) 주변 공간만을 의미할 수도 있다. 또한, "제1 온도"라 함은 프레임 일체형 마스크를 OLED 화소 증착 공정에 사용할 때, 화소 증착 공정 온도보다는 높거나 같은 온도를 의미할 수 있다. 화소 증착 공정 온도가 약 25~45℃인 것을 고려하면, 제1 온도는 약 25℃ 내지 60℃일 수 있다. 공정 영역의 온도 상승은, 챔버에 가열 수단을 설치하거나, 공정 영역 주변에 가열 수단을 설치하는 방법 등으로 수행할 수 있다.
다시, 도 11을 참조하면, 프레임(200)이 포함된 공정 영역의 온도를 제1 온도로 상승(ET)시킨 후에, 마스크(100)를 마스크 셀 영역(CR)에 대응시킬 수 있다. 또는, 마스크(100)를 마스크 셀 영역(CR)에 대응한 후에, 프레임(200)이 포함된 공정 영역의 온도를 제1 온도로 상승(ET)시킬 수 있다. 또는, 도면에는 하나의 마스크(100)만을 하나의 마스크 셀 영역(CR)에 대응시킨 것이 도시되어 있지만, 마스크 셀 영역(CR)마다 마스크(100)들을 대응시킨 후에 공정 영역의 온도를 제1 온도로 상승(ET1)시킬 수도 있다.
종래의 도 1의 마스크(10)는 셀 6개(C1~C6)를 포함하므로 긴 길이를 가지는데 반해, 본 발명의 마스크(100)는 셀 1개(C)를 포함하여 짧은 길이를 가지므로 PPA(pixel position accuracy)가 틀어지는 정도가 작아질 수 있다. 예를 들어, 복수의 셀(C1~C6, ...)들을 포함하는 마스크(10)의 길이가 1m이고, 1m 전체에서 10㎛의 PPA 오차가 발생한다고 가정하면, 본 발명의 마스크(100)는 상대적인 길이의 감축[셀(C) 개수 감축에 대응]에 따라 위 오차 범위를 1/n 할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 마스크(100)의 길이가 100mm라면, 종래 마스크(10)의 1m에서 1/10로 감축된 길이를 가지므로, 100mm 길이의 전체에서 1㎛의 PPA 오차가 발생하게 되며, 정렬 오차가 현저히 감소하게 되는 효과가 있다.
한편, 마스크(100)가 복수의 셀(C)을 구비하고, 각각의 셀(C)이 프레임(200)의 각각의 셀 영역(CR)에 대응하여도 정렬 오차가 최소화되는 범위 내에서라면, 마스크(100)는 프레임(200)의 복수의 마스크 셀 영역(CR)에 대응할 수도 있다. 또는, 복수의 셀(C)을 가지는 마스크(100)가 하나의 마스크 셀 영역(CR)에 대응할 수도 있다. 이 경우에도, 정렬에 따른 공정 시간과 생산성을 고려하여, 마스크(100)는 가급적 적은 수의 셀(C)을 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명의 경우는, 마스크(100)의 하나의 셀(C)을 대응시키고 정렬 상태를 확인하기만 하면 되므로, 복수의 셀(C: C1~C6)을 동시에 대응시키고 정렬 상태를 모두 확인하여야 하는 종래의 방법[도 2 참조]보다, 제조시간을 현저하게 감축시킬 수 있다.
즉, 본 발명의 프레임 일체형 마스크 제조 방법은, 6개의 마스크(100)에 포함되는 각각의 셀(C11~C16)을 각각 하나의 셀 영역(CR11~CR16)에 대응시키고 각각 정렬 상태를 확인하는 6번의 과정을 통해, 6개의 셀(C1~C6)을 동시에 대응시키고 6개 셀(C1~C6)의 정렬 상태를 동시에 모두 확인해야 하는 종래의 방법보다 훨씬 시간이 단축될 수 있다.
또한, 본 발명의 프레임 일체형 마스크 제조 방법은, 30개의 셀 영역(CR: CR11~CR56)에 30개의 마스크(100)를 각각 대응시키고 정렬하는 30번의 과정에서의 제품 수득률이, 6개의 셀(C1~C6)을 각각 포함하는 5개의 마스크(10)[도 2의 (a) 참조]를 프레임(20)에 대응시키고 정렬하는 5번의 과정에서의 종래의 제품 수득률보다 훨씬 높게 나타날 수 있다. 한번에 6개씩의 셀(C)이 대응하는 영역에 6개의 셀(C1~C6)을 정렬하는 종래의 방법이 훨씬 번거롭고 어려운 작업이므로 제품 수율이 낮게 나타나는 것이다.
한편, 마스크(100)를 프레임(200)에 대응한 후, 프레임(200)에 소정의 접착제를 개재하여 마스크(100)를 임시로 고정할 수도 있다. 이후에, 마스크(100)의 접착 단계를 진행할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따르면, 마스크(100)는 프레임(200)에 대응하기 전에 제1 온도보다 높은 온도로 예열될 수 있다. 도 8의 (c)를 다시 참조하면, 마스크 로딩부(90)는 히팅부(95)를 더 포함할 수 있다. 도 10의 (a) 단계에서, 마스크(100)가 마스크 로딩부(90) 상에 로딩될 때, 마스크 로딩부(90)의 히팅부(95)는 마스크(100)를 제1 온도보다 높은 온도, 예를 들어 제1 온도보다 약 3℃ 내지 10℃ 높은 온도로 마스크(100)를 예열할 수 있다.
마스크(100)를 곧바로 제1 온도로 상승시키면서 프레임(200)에 대응할 때에 평평했던 마스크(100)가 신장되면서 표면에 nm 혹은 ㎛ 수준의 미세한 주름, 굴곡 등이 발생할 수도 있는데, 주름, 굴곡이 발생하면 프레임(200)에 마스크(100)를 접착하기 직전에 정렬을 수행하기가 어려울 수 있고, 정렬하고 마스크(100)를 프레임(200)에 접착하더라도 마스크 패턴(P), 셀(C) 간에 정렬이 오차가 발생할 우려가 있다.
이에 따라, 마스크(100)를 마스크 로딩부(90)에서 예열한 후, 마스크(100)가 트레이(50)에 흡착지지되어 프레임(200)에 대응하면, 제1 온도로 약3℃ 내지 10℃ 정도 온도가 낮아지면서, 마스크(100)가 소정 수축하면서 수축하는 텐션(tension)이 가해질 수 있다. 이 때문에 마스크(100)의 주름, 굴곡 등이 생기지 않고 평평하게 펼쳐진 상태를 유지할 수 있다. 약 3℃ 내지 10℃의 적은 온도만큼만 하강되기 때문에, 마스크 패턴(P), 셀(C)의 정렬에 영향을 줄 정도의 마스크(100)가 변형되는 것은 아니며, 평평하게 펼쳐질 정도의 수축만 발생할 수 있다.
다음으로, 평평하게 펼쳐진 마스크(100)를 프레임(200)에 완벽히 정렬할 수 있다. 얼라인 홀(53)을 통해 현미경으로 정렬 상태를 실시간으로 확인하여 정렬을 수행할 수 있다. 이어서, 마스크(100)의 테두리의 적어도 일부를 프레임(200)에 접착할 수 있다. 접착은 바람직하게는 레이저 용접으로 수행될 수 있다. 레이저 용접은 프레임(200)의 모서리쪽에 최대한 가깝게 수행하여야 마스크(100)와 프레임(200) 사이의 들뜬 공간을 최대한 줄이고 밀착성을 높일 수 있게 된다. 레이저 용접된 마스크의 용접부 부분에는 용접 비드(WB)가 생성되고, 용접 비드(WB)는 마스크(100)/프레임(200)과 동일한 재질을 가지고 일체로 연결될 수 있다.
본 발명은 마스크(100)에 인장력을 가하지 않은 채로 마스크 셀 시트부(220) 상에 용접을 수행하므로, 마스크 셀 시트부(220)[또는, 테두리 시트부(221), 제1, 2 그리드 시트부(223, 225)]에는 장력이 가해지지 않는다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크(100)를 순차적으로 셀 영역(CR)에 접착하는 과정을 나타내는 개략도이다.
하나의 마스크(100)를 프레임(200)에 접착한 후, 나머지 마스크(100)들을 나머지 마스크 셀(C)에 순차적으로 대응시키고, 프레임(200)에 접착하는 과정을 반복할 수 있다. 나머지 마스크(100)들을 나머지 마스크 셀(C)에 순차적으로 대응시키고, 접착하는 과정에서 공정 영역의 온도를 제1 온도, 제2 온도로 제어할 수 있다. 이미 프레임(200)에 접착된 마스크(100)가 기준 위치를 제시할 수 있으므로, 나머지 마스크(100)들을 셀 영역(CR)에 순차적으로 대응시키고 정렬 상태를 확인하는 과정에서의 시간이 현저하게 감축될 수 있는 이점이 있다. 그리고, 하나의 마스크 셀 영역에 접착된 마스크(100)와 이에 이웃하는 마스크 셀 영역에 접착된 마스크(100) 사이의 PPA(pixel position accuracy)가 3㎛를 초과하지 않게 되어, 정렬이 명확한 초고화질 OLED 화소 형성용 마스크를 제공할 수 있는 이점이 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크(100)를 프레임(200)의 셀 영역(CR)에 접착한 후 공정 영역의 온도를 하강(LT)시키는 과정을 나타내는 개략도이다.
다음으로, 도 15를 참조하면, 공정 영역의 온도를 제2 온도로 하강(LT)시킬 수 있다. "제2 온도"라 함은 제1 온도보다 낮은 온도를 의미할 수 있다. 제1 온도가 약 25℃ 내지 60℃인 것을 고려하면, 제2 온도는 제1 온도보다 낮은 것을 전제로 약 20℃ 내지 30℃일 수 있고, 바람직하게, 제2 온도는 상온일 수 있다. 공정 영역의 온도 하강은, 챔버에 냉각 수단을 설치하거나, 공정 영역 주변에 냉각 수단을 설치하는 방법, 상온으로 자연 냉각하는 방법 등으로 수행할 수 있다.
공정 영역의 온도가 제2 온도로 하강(LT)되면, 마스크(100)는 소정 길이만큼 열수축 할 수 있다. 마스크(100)는 모든 측면 방향을 따라 등방성으로 열수축 할 수 있다. 다만, 마스크(100)는 프레임(200)[또는, 마스크 셀 시트부(220)]에 용접으로 고정 연결되어 있으므로, 마스크(100)의 열수축은 주변의 마스크 셀 시트부(220)에 자체적으로 장력(TS)을 인가하게 된다. 마스크(100)의 자체적인 장력(TS) 인가에 의해 마스크(100)는 더욱 팽팽하게 프레임(200) 상에 접착될 수 있다.
또한, 각각의 마스크(100)들이 모두 대응되는 마스크 셀 영역(CR) 상에 접착된 후에 공정 영역의 온도가 제2 온도로 하강(LT)되므로, 모든 마스크(100)들이 동시에 열수축을 일으키게 되어 프레임(200)이 변형되거나 패턴(P)들이 정렬 오차가 커지는 문제가 방지될 수 있다. 더 설명하면, 장력(TS)이 마스크 셀 시트부(220)에 인가된다고 해도, 복수의 마스크(100)들이 상호 반대방향으로 장력(TS)을 인가하기 때문에, 그 힘이 상쇄되어 마스크 셀 시트부(220)에는 변형이 일어나지 않게 된다. 예를 들어, CR11 셀 영역에 부착된 마스크(100)와 CR12 셀 영역에 부착된 마스크(100) 사이의 제1 그리드 시트부(223)는 CR11 셀 영역에 부착된 마스크(100)의 우측 방향으로 작용하는 장력(TS)과 CR12 셀 영역에 부착된 마스크(100)의 좌측 방향으로 작용하는 장력(TS)이 상쇄될 수 있다. 그리하여, 장력(TS)에 의한 프레임(200)[또는, 마스크 셀 시트부(220)]에는 변형이 최소화되어 마스크(100)[또는, 마스크 패턴(P)]의 정렬 오차가 최소화 될 수 있는 이점이 있다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 일체형 마스크(100, 200)를 이용한 OLED 화소 증착 장치(1000)를 나타내는 개략도이다.
도 16을 참조하면, OLED 화소 증착 장치(1000)는, 마그넷(310)이 수용되고, 냉각수 라인(350)이 배설된 마그넷 플레이트(300)와, 마그넷 플레이트(300)의 하부로부터 유기물 소스(600)를 공급하는 증착 소스 공급부(500)를 포함한다.
마그넷 플레이트(300)와 소스 증착부(500) 사이에는 유기물 소스(600)가 증착되는 유리 등의 대상 기판(900)이 개재될 수 있다. 대상 기판(900)에는 유기물 소스(600)가 화소별로 증착되게 하는 프레임 일체형 마스크(100, 200)[또는, FMM]이 밀착되거나 매우 근접하도록 배치될 수 있다. 마그넷(310)이 자기장을 발생시키고 자기장에 의해 대상 기판(900)에 밀착될 수 있다.
증착 소스 공급부(500)는 좌우 경로를 왕복하며 유기물 소스(600)를 공급할 수 있고, 증착 소스 공급부(500)에서 공급되는 유기물 소스(600)들은 프레임 일체형 마스크(100, 200)에 형성된 패턴(P)을 통과하여 대상 기판(900)의 일측에 증착될 수 있다. 프레임 일체형 마스크(100, 200)의 패턴(P)을 통과한 증착된 유기물 소스(600)는 OLED의 화소(700)로서 작용할 수 있다.
새도우 이펙트(Shadow Effect)에 의한 화소(700)의 불균일 증착을 방지하기 위해, 프레임 일체형 마스크(100, 200)의 패턴은 경사지게 형성(S)[또는, 테이퍼 형상(S)으로 형성]될 수 있다. 경사진 면을 따라서 대각선 방향으로 패턴을 통과하는 유기물 소스(600)들도 화소(700)의 형성에 기여할 수 있으므로, 화소(700)는 전체적으로 두께가 균일하게 증착될 수 있다.
마스크(100)는 화소 증착 공정 온도보다 높은 제1 온도 상에서 프레임(200)에 접착 고정되므로, 화소 증착을 위한 공정 온도로 상승시킨다고 하더라도, 마스크 패턴(P)의 위치에는 영향이 거의 없게 되며, 마스크(100)와 이에 이웃하는 마스크(100) 사이의 PPA는 3㎛를 초과하지 않도록 유지될 수 있다.
본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.

Claims (18)

  1. 마스크와 마스크를 지지하는 프레임을 일체로 형성하기 위한 OLED 화소 형성용 마스크의 이송 시스템으로서,
    마스크의 일면을 흡착하여 로딩할 수 있는 마스크 로딩부; 및
    마스크의 타면을 지지하고 마스크를 프레임에 대응시키는 트레이;
    를 포함하는, 마스크의 이송 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    마스크 로딩부는 평판 형상이고, 마스크와 대응하는 일면 상에 복수의 진공 홀(vacuum hole)이 형성되는, 마스크의 이송 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    마스크 로딩부의 모서리에 함몰부가 형성되고,
    마스크 로딩부에 마스크가 로딩되면 마스크의 적어도 모서리가 함몰부 외측으로 돌출되는, 마스크의 이송 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    마스크 로딩부는 히팅부를 포함하는, 마스크의 이송 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    마스크의 용접부에 대응하는 트레이의 부분에 레이저 통과공이 형성되는, 마스크의 이송 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    트레이는 웨이퍼(wafer), 글래스(glass), 실리카(silica), 내열유리, 석영(quartz), 알루미나(Al 2O 3) 중 어느 하나의 재질을 포함하는, 마스크의 이송 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    마스크 셀, 마스크 더미 중 적어도 어느 하나의 일부에 대응하는 트레이의 부분에 얼라인 홀(align hole)이 형성되는, 마스크의 이송 시스템.
  8. 제3항에 있어서,
    트레이는 마스크보다 넓은 면적으로 형성되고,
    마스크 상에 트레이가 접촉되면 트레이의 적어도 모서리가 함몰부 외측으로 돌출되는, 마스크의 이송 시스템.
  9. 적어도 하나의 마스크와 마스크를 지지하는 프레임이 일체로 형성된 프레임 일체형 마스크의 제조 방법으로서,
    (a) 적어도 하나의 마스크 셀 영역을 구비한 프레임을 제공하는 단계;
    (b) 마스크의 일면을 마스크 로딩부에 흡착하여 로딩하는 단계;
    (c) 마스크의 타면 상에 트레이를 접촉하고 마스크를 지지하는 단계;
    (d) 프레임 상에 트레이를 로딩하여 마스크를 프레임의 마스크 셀 영역에 대응하는 단계; 및
    (e) 마스크의 용접부에 레이저를 조사하여 마스크를 프레임에 접착하는 단계
    를 포함하는, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    마스크 로딩부는 평판 형상이고, 마스크와 대응하는 일면 상에 복수의 진공 홀(vacuum hole)이 형성되며,
    (b) 단계에서, 복수의 진공홀에서 마스크의 일면에 흡압을 인가하여 마스크를 마스크 로딩부 상에 흡착하는, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    (b) 단계는,
    (b1) 마스크의 적어도 두측을 진공 이송부가 흡착하는 단계; 및
    (b2) 진공 이송부를 이동하여 마스크의 일면을 마스크 로딩부에 흡착하여 로딩하는 단계
    를 포함하는, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    (b1) 단계, 또는, (b2) 단계에서,
    진공 이송부는 흡착한 마스크를 외측으로 잡아당겨 마스크를 평평하게 펴는, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    트레이에 복수의 흡압공이 형성되고, 흡압공에 흡압을 인가하여 마스크를 흡착 지지하는, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    마스크를 마스크 셀 영역에 대응하기 전, 또는, 대응한 후에 프레임이 포함된 공정 영역의 온도를 제1 온도로 상승시키고,
    마스크를 프레임에 접착한 후에 프레임이 포함된 공정 영역의 온도를 제2 온도로 하강시키는, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    제1 온도는 OLED 화소 증착 공정 온도보다 같거나 높은 온도이고, 제2 온도는 적어도 제1 온도보다 낮은 온도이며,
    제1 온도는 25℃ 내지 60℃ 중 어느 하나의 온도이고,
    제2 온도는 제1 온도보다 낮은 20℃ 내지 30℃ 중 어느 하나의 온도이며,
    OLED 화소 증착 공정 온도는 25℃ 내지 45℃ 중 어느 하나의 온도인, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    공정 영역의 온도를 제2 온도로 하강시키면, 프레임에 접착된 마스크가 수축되어 장력(tension)을 인가받는, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    마스크 로딩부는 히팅부를 포함하고,
    (b) 단계와 (c) 단계 사이에, 마스크를 제1 온도보다 3℃ 내지 10℃ 높은 온도로 유지하는, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법.
  18. 제9항에 있어서,
    마스크 및 프레임은 인바(invar), 슈퍼 인바(super invar), 니켈, 니켈-코발트 중 어느 하나의 재질인, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법.
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