WO2023096187A1 - 건식 식각을 이용한 미세 금속 마스크 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 미세 금속 마스크 - Google Patents

건식 식각을 이용한 미세 금속 마스크 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 미세 금속 마스크 Download PDF

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WO2023096187A1
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dry etching
metal mask
fine metal
manufacturing
metal film
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최상준
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주식회사 볼트크리에이션
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/04—Coating on selected surface areas, e.g. using masks
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F4/00—Processes for removing metallic material from surfaces, not provided for in group C23F1/00 or C23F3/00
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25F—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F3/00—Electrolytic etching or polishing
    • C25F3/16—Polishing
    • C25F3/22—Polishing of heavy metals
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a fine metal mask, and more particularly, when forming an opening of a fine metal mask, the opening is etched at a certain angle using dry etching and electrolytic polishing using an ion beam to improve precision, and It relates to a method for manufacturing a fine metal mask using dry etching designed to flatten the surface of a metal and a fine metal mask manufactured by the method.
  • the electroluminescent display device has excellent characteristics such as low light emission, low power consumption, and high resolution compared to a liquid crystal display device, and is attracting attention as a next-generation display device.
  • OLED Organic Light Emitting Diode
  • a fine metal mask (FMM) is used.
  • FMM fine metal mask
  • Invar film which is an alloy of steel and nickel, is mainly used in consideration of thermal expansion.
  • the FMM has fine holes of 10 to 20 micrometers, and when viewed with a large magnification, it looks like a crater.
  • the key to manufacturing high-resolution OLED lies in the deposition process for forming RGB pixels.
  • the FMM plays a role of a major component that allows the deposition organic material to be precisely deposited only in the TFT pixel area. Therefore, the uniform size of the fine holes of the FMM, the sectional angle and step height of the fine holes, and the positioning accuracy are the most important items in the FMM manufacturing process.
  • FIG. 1 is a process flow diagram of a method for manufacturing a fine metal mask according to the prior art
  • FIG. 2 is a diagram for schematically explaining a process flow of a method for manufacturing a fine metal mask according to the prior art.
  • the conventional fine metal mask manufacturing process includes a metal film attachment step (S10), photoresist laminating step (S20), exposure and development step (S30), wet etching step (S40), photo A resist removal step (S50), a front surface peeling step (S60), a back surface grinding step (S70), and a cleaning step (S80) are included.
  • the metal film attaching step (S10) the metal film is attached to the glass substrate. Thereafter, a photoresist in the form of a dry film is applied, laminating is performed (S20), and a pattern is formed on the metal film through exposure and development processes (S30).
  • wet etching is performed to selectively remove unwanted portions using an etching solution (S40), and then the remaining photoresist is removed (S50).
  • the conventional wet etching method has the advantages of not being dependent on equipment, having a fast etching rate, and having a good selectivity, but the shape and wall roughness of the manufactured opening are poor, and due to the characteristics of the wet etching process, There is a problem in that it is difficult to control precision and etching depth.
  • An object of the present invention is to improve precision by etching the opening at a certain angle using dry etching using an ion beam when forming an opening of a fine metal mask, and to flatten the surface of the opening using an electropolishing method.
  • An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a fine metal mask using dry etching and a fine metal mask manufactured by the method.
  • a method for manufacturing a fine metal mask using dry etching includes the steps of attaching a metal film on a glass substrate; a photoresist laminating step of laminating a photoresist on top of the glass substrate to which the metal film is attached; an exposure and development step of patterning the photoresist by exposing and developing the photoresist using photolithography; a dry etching step of etching the metal film to a predetermined depth through dry etching using an ion beam; a rear surface grinding step of grinding the rear surface of the metal film; and a photoresist removing step of removing the photoresist.
  • the method for manufacturing a fine metal mask using dry etching according to the present invention may further include a cleaning step of removing contaminants from the fine metal mask.
  • the back surface grinding step is performed by an electro polishing method.
  • the metal film is an alloy material of nickel and iron, and preferably has a thickness of 5 ⁇ m to 30 ⁇ m.
  • the dry etching step is performed using a dry etching device, the dry etching device comprising: an anode unit; a cathode part disposed above the anode part and spaced apart in parallel so as to face the anode part in a vertical direction, to which a bidirectional voltage power is applied; a holding unit for fixing the metal film, which is a workpiece, to a surface of the cathode unit facing the anode unit; a spacing adjusting unit for adjusting a distance between the cathode unit and the anode unit; and a bi-directional voltage power supply unit for applying the bi-directional voltage power to the cathode unit.
  • a dry etching device comprising: an anode unit; a cathode part disposed above the anode part and spaced apart in parallel so as to face the anode part in a vertical direction, to which a bidirectional voltage power is applied; a holding unit for fixing the metal film, which is a workpiece, to a surface of the
  • the dry etching apparatus further includes a DC voltage power supply unit for applying negative (-) DC voltage power to the anode unit to reduce the collision time of ions and increase the collision time of electrons with the metal film, which is the workpiece. can do.
  • the voltage of the negative (-) DC voltage power supply applied to the anode is preferably 0V to -500V.
  • the metal film may be fixed to the cathode part, and an insulation resistor may be provided between the cathode part and the metal film.
  • the distance between the cathode part and the anode part is 1 cm to 5 cm.
  • the frequency of the bidirectional voltage power supply applied to the cathode is 1 MHz or less.
  • an inert gas such as argon (Ar), neon (Ne), helium (He), or chloride, oxide, or sulfide may be used as a gas for dry etching.
  • the fine metal mask according to the present invention is characterized in that it is manufactured by a method for manufacturing a fine metal mask using dry etching.
  • an opening can be etched at a certain angle using dry etching using an ion beam to improve precision, and an electropolishing method can be used to flatten the surface of the opening.
  • FIG. 1 is a process flow chart of a method for manufacturing a fine metal mask according to the prior art.
  • FIG. 2 is a view for schematically explaining a process flow of a method for manufacturing a fine metal mask according to the prior art.
  • FIG. 3 is a process flow chart of a method for manufacturing a fine metal mask using dry etching according to the present invention.
  • FIG. 4 is a view for schematically explaining a process flow of a method for manufacturing a fine metal mask using dry etching according to the present invention.
  • FIG. 5 is a view for explaining a change in size of a hole of an opening according to a change in thickness of a fine metal mask according to the present invention compared to the prior art.
  • FIG. 6 is an electron micrograph of the entire surface of a fine metal mask manufactured by the method of manufacturing a fine metal mask using dry etching according to the present invention.
  • FIG. 7 is an electron micrograph of the rear surface of a fine metal mask manufactured by the method of manufacturing a fine metal mask using dry etching according to the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a dry etching apparatus used in the method for manufacturing a fine metal mask using dry etching according to the present invention.
  • FIG. 3 is a process flow diagram of a method for manufacturing a fine metal mask using dry etching according to the present invention
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the process flow of the method for manufacturing a fine metal mask using dry etching according to the present invention.
  • the method 100 for manufacturing a fine metal mask using dry etching includes a metal film attaching step (S100), a photoresist laminating step (S200), and an exposure and developing step (S300). , dry etching step (S400), back grinding step (S500), photoresist removal step (S600) and cleaning step (S700).
  • the metal film is attached to the glass substrate.
  • an INVAR film having a thickness of 5 ⁇ m to 30 ⁇ m as the metal film.
  • INVAR film is a metal film made of an iron-nickel alloy material.
  • a photoresist in the form of a dry film is applied, laminating is performed (S200), and a pattern is formed on the metal film through exposure and development processes (S300).
  • the metal film is etched to a predetermined depth through dry etching using an ion beam.
  • openings are formed through dry etching using an ion beam, unlike the prior art.
  • the present invention has an advantage in that only a desired portion can be selectively etched by using dry etching, so that accuracy is good and fine patterns can be implemented.
  • the opening may be etched at a predetermined angle by performing anisotropy etching using an ion beam. In this way, when the opening is etched at a certain angle, even if an error occurs in the thickness of the metal film, there is no significant difference in the size of the hole of the opening, so that the uniformity of the opening can be secured.
  • the backside of the metal film is ground using an electro-polishing method.
  • the present invention has the advantage of improving the surface roughness of the rear surface of the fine metal mask by using an electro-polishing method in the rear surface grinding step (S500).
  • the photoresist is removed (S600) and a cleaning process is performed (S700).
  • the backside grinding step is performed without removing the photoresist to protect the surface of the fine metal mask, and the photoresist is removed after the backside grinding is completed.
  • FIG. 5 is a view for explaining a change in size of a hole of an opening according to a change in thickness of a fine metal mask according to the present invention compared to the prior art.
  • the opening of the fine metal mask shown in (a) of FIG. 5 has a thickness of h1, and the lower part of the opening has a hole size of d1.
  • the opening of the fine metal mask shown in (b) of FIG. 5 has a thickness of h2 which is 10% smaller than that of h1, and the lower part of the opening has a hole size of d2.
  • the opening of the fine metal mask shown in (c) of FIG. 5 has a thickness of h3, and the lower portion of the opening has a hole size of d3.
  • the opening of the fine metal mask shown in (d) of FIG. 5 has a thickness of h4, which is 10% smaller than that of h3, and the lower part of the opening has a hole size of d4.
  • the error (d2-d1) of the lower hole of the opening according to the thickness error (h2-h1) of the fine metal mask manufactured by the method of manufacturing a fine metal mask using dry etching according to the present invention is It can be seen that the thickness error (h4-h3) of the fine metal mask manufactured by the method is greatly reduced compared to the error (d4-d3) of the lower hole of the opening.
  • FIG. 6 is an electron microscope photograph of the entire surface of a fine metal mask manufactured by the method of manufacturing a fine metal mask using dry etching according to the present invention
  • FIG. This is an electron micrograph of the back side of the fabricated fine metal mask.
  • openings of uniform size are etched at a certain angle, and the surface of the rear surface is flat. It can be seen that the surface roughness is greatly improved.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a dry etching apparatus used in the method for manufacturing a fine metal mask using dry etching according to the present invention.
  • the dry etching apparatus 100 used in the method of manufacturing a fine metal mask using dry etching according to the present invention includes a cathode unit 110, an anode unit 120, and a bidirectional voltage power supply unit 130. ), a DC voltage power supply unit 140, an interval adjusting unit 150, and a mounting unit 160 may be included.
  • the anode unit 120 and the cathode unit 110 are arranged to face each other in a vertical direction, that is, to be spaced apart from each other in a vertical direction inside a housing (not shown).
  • the cathode unit 110 is disposed on the upper side and the anode unit 120 is illustrated and described as being disposed on the lower side, but the cathode unit 110 is disposed on the lower side and the anode unit 120 is disposed on the upper side. may be placed.
  • the bi-directional voltage power applying unit 130 may be provided to apply bi-directional voltage power to the cathode unit 110 .
  • the bidirectional voltage power source may refer to a current whose voltage polarity alternates in both directions with a positive voltage and a negative voltage according to time.
  • the frequency of the bidirectional voltage power supply may have a frequency of 1 MHz or less.
  • the charge accumulation time may be increased by applying the bidirectional voltage power, which may contribute to the expansion of the sheath area.
  • the bidirectional voltage power which may contribute to the expansion of the sheath area.
  • Invar which is the workpiece W, is mounted on the cathode unit 110, and an insulation resistor may be used between the cathode unit 110 and Invar.
  • the dry etching apparatus 100 may further include a spacing adjusting unit 150 for adjusting a distance between the cathode unit 110 and the anode unit 120 . At this time, it is preferable to adjust the distance between the cathode part 110 and the anode part 120 in the range of 1 cm to 5 cm.
  • negative (-) DC voltage power is applied to the anode unit 120 so that the ion hitting time is reduced and the electron hitting time is increased.
  • a DC voltage power supply unit 160 may be further provided.
  • negative (-) DC voltage power is applied to the anode unit 120, the amount of plasma increases, thereby increasing the strength of the electric field.
  • the magnitude of the applied voltage is preferably in the range of 0V to -500V.

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Abstract

본 발명에 따른 건식 식각을 이용한 미세 금속 마스크의 제조방법은 글라스 기판 상부에 금속 필름을 부착하는 금속 필름 부착단계, 상기 금속 필름이 부착된 상기 글라스 기판의 상부에 포토레지스트를 라미네이팅하는 포토레지스트 라미네이팅 단계, 광 리소그라피를 사용하여 상기 포토레지스트를 노광 및 현상하여 패터닝하는 노광 및 현상 단계, 이온 빔을 이용한 건식 식각을 통해 상기 금속 필름을 소정의 깊이로 식각하는 건식 식각 단계, 상기 금속 필름의 배면을 그라인딩하는 배면 그라인딩 단계 및 상기 포토레지스트를 제거하는 포토레지스트 제거단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 건식 식각을 이용한 미세 금속 마스크의 제조방법에 의하면 이온 빔에 의한 건식 식각을 이용하여 개구부를 일정한 각도로 식각하여 정밀도를 향상시키고, 전해 연마 방법을 이용하여 개구부의 표면을 평탄하게 할 수 있는 장점이 있다.

Description

건식 식각을 이용한 미세 금속 마스크 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 미세 금속 마스크
본 발명은 미세 금속 마스크 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 미세 금속 마스크의 개구부를 형성할 때 이온 빔에 의한 건식 식각 및 전해 연마 방법을 이용하여 개구부를 일정한 각도로 식각하여 정밀도를 향상시키고 개구부의 표면을 평탄하게 할 수 있도록 고안된 건식 식각을 이용한 미세 금속 마스크 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 미세 금속 마스크에 관한 것이다.
고해상도 및 저전력을 가지는 표시 장치가 요구됨에 따라, 액정 표시 장치나 전계 발광 표시 장치와 같은 다양한 표시 장치들이 개발되고 있다. 전계 발광 표시 장치는 액정 표시 장치 대비 저 발광, 저 소비 전력, 고해상도 등의 우수한 특성을 가져 차세대 표시 장치로 주목받고 있다.
차세대 디스플레이 기술로 불리는 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode : OLED)는 구동전압이 낮고 발광 소자의 수명이 길고, 빠른 응답속도를 가진다는 장점으로 인해 각광을 받고 있다.
이러한 OLED 디스플레이에 있어서 풀 칼라화를 구현하기 위해서는 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)의 발광층을 각각 패터닝해야 하는데, 이러한 발광층을 패터닝하기 위해 미세 금속 마스크(FMM: Fine Metal Mask)가 이용된다. 미세 금속 마스크는 주로 열팽창 등을 고려하여 강철과 니켈의 합금인 인바(Invar) 필름이 사용된다.
FMM에는 10~20 마이크로미터의 미세한 구멍이 뚫려 있으며, 커다랗게 확대해서 보면 마치 분화구 같은 모습이다. 고해상도 OLED 제조의 핵심은 RGB 화소를 형성하는 증착공정에 있다. 여기서 FMM은 증착 유기물이 TFT 화소 영역에만 정밀하게 증착될 수 있도록 하는 주요 부품의 역할을 하게 된다. 따라서 FMM의 미세 구멍의 균일한 크기, 미세 구멍의 단면 각도와 둔턱(step height), 그리고 위치 정밀도는 FMM 제조 공정에 있어서 가장 중요한 항목들이다.
도 1은 종래 기술에 의한 미세 금속 마스크 제조방법의 공정 흐름도이고, 도 2는 종래 기술에 의한 미세 금속 마스크 제조방법의 공정 흐름을 도식적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 종래의 미세 금속 마스크 제조 공정은, 금속 필름 부착단계(S10), 포토레지스트 라미네이팅 단계(S20), 노광 및 현상 단계(S30), 습식 식각 단계(S40), 포토레지스트 제거단계(S50), 전면 필링 단계(S60), 배면 그라인딩 단계(S70) 및 클리닝 단계(S80)를 포함한다.
금속 필름 부착단계(S10)에서는 글라스 기판에 금속 필름을 부착한다. 이후 드라이 필름 형태의 포토레지스트를 도포하고 라미네이팅을 수행(S20)한 후 노광 및 현상 공정을 통해 상기 금속 필름에 패턴을 형성한다.(S30)
이후 식각 용액을 이용하여 필요없는 부분을 선택적으로 제거하는 습식 식각을 진행하고(S40), 이어서 남아 있는 포토레지스트를 제거한다.(S50)
이후 식각된 부분을 필링한 후(S60) 배면 그라인딩을 수행하고(S70), 클리닝(S80)으로 마무리한다.
이러한 종래의 습식 식각을 이용한 방법은 장비 의존성이 크지 않고, 식각 속도(etch rate)가 빠르며 선택비(selectivity)가 좋은 장점이 있으나, 제작된 개구부의 형상 및 벽면 조도가 떨어지고, 습식 식각 공정의 특성상 정밀도 및 식각 깊이를 제어하기 힘든 문제가 있다.
본 발명의 목적은 미세 금속 마스크의 개구부를 형성할 때 이온 빔에 의한 건식 식각을 이용하여 개구부를 일정한 각도로 식각하여 정밀도를 향상시키고, 전해 연마 방법을 이용하여 개구부의 표면을 평탄하게 할 수 있도록 한 건식 식각을 이용한 미세 금속 마스크 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 미세 금속 마스크를 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 건식 식각을 이용한 미세 금속 마스크 제조방법은 미세 금속 마스크의 제조방법에 있어서, 글라스 기판 상부에 금속 필름을 부착하는 금속 필름 부착단계; 상기 금속 필름이 부착된 상기 글라스 기판의 상부에 포토레지스트를 라미네이팅하는 포토레지스트 라미네이팅 단계; 광 리소그라피를 사용하여 상기 포토레지스트를 노광 및 현상하여 패터닝하는 노광 및 현상 단계; 이온 빔을 이용한 건식 식각을 통해 상기 금속 필름을 소정의 깊이로 식각하는 건식 식각 단계; 상기 금속 필름의 배면을 그라인딩하는 배면 그라인딩 단계; 및 상기 포토레지스트를 제거하는 포토레지스트 제거단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 건식 식각을 이용한 미세 금속 마스크 제조방법은 상기 미세 금속 마스크의 오염물질을 제거하는 클리닝 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 배면 그라인딩 단계는, 전해 연마(electro polishing) 방법에 의해 진행된다.
상기 금속 필름은 니켈과 철의 합금 소재이고, 두께는 5㎛ 내지 30㎛ 것이 바람직하다.
상기 건식 식각 단계는 건식 식각 장치를 이용하여 진행되며, 상기 건식 식각 장치는, 애노드부; 상기 애노드 부의 상측에 상기 애노드부와 수직방향으로 마주보도록 평행하게 이격되어 배치되며, 양방향 전압 전원이 인가되는 캐소드부; 상기 캐소드부의 애노드부와 마주보는 면에 작업대상물인 상기 금속 필름을 고정시키는 거치부; 상기 캐소드부와 상기 애노드부 사이의 거리를 조절하는 간격조절부; 및 상기 캐소드부에, 상기 양방향 전압 전원을 인가하는 양방향 전압 전원 인가부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 건식 식각 장치는, 상기 작업대상물인 상기 금속 필름에 이온의 충돌 시간은 줄이고, 전자의 충돌 시간은 늘어나도록 상기 애노드부에 음(-)의 직류 전압 전원을 인가하는 직류 전압 전원 인가부를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 애노드부에 인가되는 음(-)의 직류 전압 전원의 전압은 0V 내지 - 500V인 것이 바람직하다.
상기 금속 필름은 상기 캐소드부에 고정되며, 상기 캐소드부와 상기 금속 필름의 사이에 절연 저항체가 구비될 수 있다.
상기 캐소드부와 상기 애노드부 사이의 거리는 1cm 내지 5cm인 것이 바람직하다.
상기 캐소드부에 인가되는 양방향 전압 전원의 주파수는 1MHz 이하인 것이 바람직하다.
상기 건식 식각 장치는 불활성 가스인 아르곤(Ar), 네온(Ne), 헬륨(He) 또는 염화물, 산화물 또는 황화물이 건식 식각을 위한 가스로 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 미세 금속 마스크는 건식 식각을 이용한 미세 금속 마스크 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 건식 식각을 이용한 미세 금속 마스크 제조방법에 의하면 이온 빔에 의한 건식 식각을 이용하여 개구부를 일정한 각도로 식각하여 정밀도를 향상시키고, 전해 연마 방법을 이용하여 개구부의 표면을 평탄하게 할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 미세 금속 마스크 제조방법의 공정 흐름도이다.
도 2는 종래 기술에 의한 미세 금속 마스크 제조방법의 공정 흐름을 도식적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 건식 식각을 이용한 미세 금속 마스크 제조방법의 공정 흐름도이다.
도 4는 본 발명에 따른 건식 식각을 이용한 미세 금속 마스크 제조방법의 공정 흐름을 도식적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 미세 금속 마스크의 두께 변화에 따른 개구부의 구멍의 크기 변화를 종래 기술과 비교하여 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 건식 식각을 이용한 미세 금속 마스크 제조방법에 의해 제조된 미세 금속 마스크의 전면에 대한 전자현미경 사진이다.
도 7은 본 발명에 따른 건식 식각을 이용한 미세 금속 마스크 제조방법에 의해 제조된 미세 금속 마스크의 배면에 대한 전자현미경 사진이다.
도 8은 본 발명에 따른 건식 식각을 이용한 미세 금속 마스크 제조방법에 사용되는 건식 식각 장치를 도시한 단면도이다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 건식 식각을 이용한 미세 금속 마스크 제조방법의 공정 흐름도이고, 도 4는 본 발명에 따른 건식 식각을 이용한 미세 금속 마스크 제조방법의 공정 흐름을 도식적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 본 발명에 따른 건식 식각을 이용한 미세 금속 마스크 제조방법(100)은, 금속 필름 부착단계(S100), 포토레지스트 라미네이팅 단계(S200), 노광 및 현상 단계(S300), 건식 식각 단계(S400), 배면 그라인딩 단계(S500), 포토레지스트 제거단계(S600) 및 클리닝 단계(S700)를 포함한다.
금속 필름 부착단계(S100)에서는 글라스 기판에 금속 필름을 부착한다. 이때 금속 필름은 5㎛ 내지 30㎛ 두께의 인바(INVAR) 필름을 사용하는 것이 바람직하다. 인바(INVAR) 필름은 철-니켈의 합금 소재로 이루어진 금속 필름이다.
이후 드라이 필름 형태의 포토레지스트를 도포하고 라미네이팅을 수행(S200)한 후 노광 및 현상 공정을 통해 상기 금속 필름에 패턴을 형성한다.(S300)
상기 금속 필름 부착단계(S100) 내지 노광 및 현상 단계(S300)는 종래의 방법과 동일한 것이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이어서, 건식 식각 단계(S400)에서는 이온 빔(ion beam)을 이용한 건식 식각을 통해 금속 필름을 소정의 깊이로 식각한다.
본 발명에 따른 건식 식각을 이용한 미세 금속 마스크 제조방법의 경우 종래와 달리 이온 빔(ion beam)을 이용한 건식 식각을 통해 개구부를 형성한다. 본 발명은 건식 식각을 이용함으로써 원하는 부분만 선택적으로 식각이 가능하여 정확성이 좋으며 미세 패턴을 구현할 수 있는 장점이 있다.
또한 이온 빔(ion beam)에 의한 이방성(anisotropy) 식각이 진행됨으로써 개구부를 일정 각도로 식각할 수 있다. 이와 같이 개구부를 일정 각도로 식각하는 경우에는 금속 필름의 두께에 오차가 발생하더라도 개구부의 구멍의 크기에 큰 차이가 발생하지 않아 개구부의 균일성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
배면 그라인딩 단계(S500)에서는 전해 연마(electro-polishing) 방법을 이용하여 금속 필름의 배면을 그라인딩한다. 본 발명은 종래와 달리, 배면 그라인딩 단계(S500)에서 전해 연마(electro-polishing) 방법을 이용함으로써, 미세 금속 마스크의 배면의 표면 거칠기(surface roughnes)를 개선할 수 있는 장점이 있다.
전해 연마(electro-polishing) 방법을 이용하여 배면 그라인딩 단계(S500)를 수행한 이후에는 포토레지스트를 제거하고(S600), 클리닝 과정을 수행한다.(S700)
본 발명은 종래와 달리, 미세 금속 마스크의 표면 보호를 위해 포토레지스트를 제거하지 않은 상태에서 배면 그라인딩 단계를 수행하고, 배면 그라인딩이 완료된 후에 포토레지스트를 제거한다.
도 5는 본 발명에 따른 미세 금속 마스크의 두께 변화에 따른 개구부의 구멍의 크기 변화를 종래 기술과 비교하여 설명하기 위한 도면이다.
도 5의 (a)와 (b)는 본 발명에 따른 건식 식각을 이용한 미세 금속 마스크 제조 방법에 의해 제조된 미세 금속 마스크의 개구부를 나타낸다.
도 5의 (a)에 도시된 미세 금속 마스크의 개구부는 h1의 두께를 가지며 이때 개구부의 하부는 d1의 구멍 크기를 갖는다. 도 5의 (b)에 도시된 미세 금속 마스크의 개구부는 h1에 비해 10% 작은 h2의 두께를 가지며 이때 개구부의 하부는 d2의 구멍 크기를 갖는다.
한편. 도 5의 (c)와 (d)는 종래의 방법에 의해 제조된 미세 금속 마스크의 개구부를 나타낸다.
도 5의 (c)에 도시된 미세 금속 마스크의 개구부는 h3의 두께를 가지며 이때 개구부의 하부는 d3의 구멍 크기를 갖는다. 도 5의 (d)에 도시된 미세 금속 마스크의 개구부는 h3에 비해 10% 작은 h4의 두께를 가지며 이때 개구부의 하부는 d4의 구멍 크기를 갖는다.
도 5를 참고하면, 본 발명에 따른 건식 식각을 이용한 미세 금속 마스크 제조 방법에 의해 제조된 미세 금속 마스크의 두께 오차(h2-h1)에 따른 개구부의 하부 구멍의 오차(d2-d1)는 종래의 방법에 의해 제조된 미세 금속 마스크의 두께 오차(h4-h3)에 따른 개구부의 하부 구멍의 오차(d4-d3)에 비해 크게 줄어들었음을 알 수 있다.
이를 통해 본 발명에 따른 건식 식각을 이용한 미세 금속 마스크 제조 방법에 의해 제조된 미세 금속 마스크의 성능이 크게 개선됨을 알 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 건식 식각을 이용한 미세 금속 마스크 제조방법에 의해 제조된 미세 금속 마스크의 전면에 대한 전자현미경 사진이고, 도 7은 본 발명에 따른 건식 식각을 이용한 미세 금속 마스크 제조방법에 의해 제조된 미세 금속 마스크의 배면에 대한 전자현미경 사진이다.
도 6 및 도 7을 참고하면, 본 발명에 따른 건식 식각을 이용한 미세 금속 마스크 제조방법에 의해 제조된 미세 금속 마스크는 균일한 크기의 개구부가 일정한 각도로 식각되어 있으며, 배면의 표면이 평탄하게 되어 표면 거칠기가 크게 개선됨을 알 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 건식 식각을 이용한 미세 금속 마스크 제조방법에 사용되는 건식 식각 장치를 도시한 단면도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 건식 식각을 이용한 미세 금속 마스크 제조방법에 사용되는 건식 식각 장치(100)는 캐소드부(110), 애노드부(120), 양방향 전압 전원 인가부(130), 직류 전압 전원 인가부(140), 간격조절부(150) 및 거치부(160)를 포함할 수 있다.
상기 애노드부(120)와 캐소드부(110)는 도면에 도시되지 아니한 하우징 내부에서 수직 방향으로 마주보도록, 즉, 상하방향으로 서로 이격되도록 배치된다.
도 8에서는 캐소드부(110)가 상측에 배치되며, 애노드부(120)가 하측에 배치된 것으로 도시하여 설명하고 있으나, 캐소드부(110)가 하측에 배치되며, 애노드부(120)가 상측에 배치될 수도 있다.
그리고, 상기 양방향 전압 전원 인가부(130)는 상기 캐소드부(110)에 양방향 전압의 전원을 인가시키도록 구비될 수 있다.
이때, 상기 양방향 전압 전원은 시간에 따라 전압의 극성이 양의 전압과 음의 전압으로 양방향으로 교번하는 전류를 칭할 수 있다. 또한, 상기 양방향 전압 전원의 주파수는 1MHz 이하의 주파수를 가질 수 있다.
상기와 같이 양방향 전압 전원을 인가함으로써 전하 축적시간을 증가시킬 수 있으며, 이는 쉬스 영역의 확대에 기여할 수 있다. 또한, 쉬스 영역이 확대됨으로 인해 이온이 작업대상물 측으로 가속되는 시간을 확보할 수 있어 보다 높은 에너지로 작업대상물(W)인 인바(Invar)의 표면을 충돌할 수 있다.
작업대상물(W)인 인바(Invar)는 캐소드부(110)에 장착되며 캐소드부(110)와 인바(Invar) 사이에는 절연 저항체가 사용될 수 있다.
상기 건식 식각 장치(100)는 캐소드부(110)와 애노드부(120) 사이의 거리를 조절하는 간격조절부(150)가 더 포함될 수 있다. 이때, 상기 캐소드부(110)와 애노드부(120) 사이의 거리는 1cm 내지 5cm의 범위에서 조정하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 건식 식각 장치는, 상기 작업대상물에 이온 충돌(hitting) 시간은 줄어들고, 전자의 충돌(hitting) 시간은 늘어나도록 상기 애노드부(120)에 음(-)의 직류 전압 전원을 인가하는 직류 전압 전원 인가부(160)를 더 구비할 수 있다. 상기 애노드부(120)에 음(-)의 직류 전압 전원을 인가하는 경우 플라즈마의 양이 증가하여 전기장의 세기가 강해지는 효과가 있다. 이때 인가되는 전압의 크기는 0V 내지 - 500V의 범위를 갖는 것이 바람직하다.
일반적으로 건식 식각에 의해서는 니켈과 철의 합금 소재인 인바(Invar) 필름을 가공하는 것이 매우 어렵다. 그러나 본 발명에 따른 건식 식각 장치를 이용하는 경우 작업대상물(W)인 인바(Invar) 필름의 두께를 5㎛ 내지 30㎛의 범위에서 일정한 각도로 식각할 수 있는 장점이 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니라 다음의 청구범위에서 정의하는 본 발명의 기본 개념을 바탕으로 보다 다양한 실시예로 구현될 수 있으며, 이러한 실시 예들 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (13)

  1. 미세 금속 마스크의 제조방법에 있어서,
    글라스 기판 상부에 금속 필름을 부착하는 금속 필름 부착단계;
    상기 금속 필름이 부착된 상기 글라스 기판의 상부에 포토레지스트를 라미네이팅하는 포토레지스트 라미네이팅 단계;
    광 리소그라피를 사용하여 상기 포토레지스트를 노광 및 현상하여 패터닝하는 노광 및 현상 단계;
    이온 빔을 이용한 건식 식각을 통해 상기 금속 필름을 소정의 깊이로 식각하는 건식 식각 단계;
    상기 금속 필름의 배면을 그라인딩하는 배면 그라인딩 단계; 및
    상기 포토레지스트를 제거하는 포토레지스트 제거단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 식각을 이용한 미세 금속 마스크의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 미세 금속 마스크의 오염물질을 제거하는 클리닝 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 식각을 이용한 미세 금속 마스크의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 배면 그라인딩 단계는
    전해 연마(electro polishing) 방법에 의해 진행되는 것을 특징으로 하는 건식 식각을 이용한 미세 금속 마스크의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 금속 필름은
    니켈과 철의 합금 소재인 인바(Invar) 필름인 것을 특징으로 하는 건식 식각을 이용한 미세 금속 마스크의 제조방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 금속 필름의 두께는
    5㎛ 내지 30㎛ 것을 특징으로 하는 건식 식각을 이용한 미세 금속 마스크의 제조방법.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 건식 식각 단계는 건식 식각 장치를 이용하여 진행되며,
    상기 건식 식각 장치는,
    애노드부;
    상기 애노드 부의 상측에 상기 애노드부와 수직방향으로 마주보도록 평행하게 이격되어 배치되며, 양방향 전압 전원이 인가되는 캐소드부;
    상기 캐소드부의 애노드부와 마주보는 면에 작업대상물인 상기 금속 필름을 고정시키는 거치부;
    상기 캐소드부와 상기 애노드부 사이의 거리를 조절하는 간격조절부; 및
    상기 캐소드부에, 상기 양방향 전압 전원을 인가하는 양방향 전압 전원 인가부를 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 식각을 이용한 미세 금속 마스크의 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 건식 식각 장치는
    상기 작업대상물인 상기 금속 필름에 이온의 충돌 시간은 줄이고, 전자의 충돌 시간은 늘어나도록 상기 애노드부에 음(-)의 직류 전압 전원을 인가하는 직류 전압 전원 인가부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 식각을 이용한 미세 금속 마스크의 제조방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 애노드부에 인가되는 음(-)의 직류 전압 전원의 전압은 0V 내지 ?? 500V인 것을 특징으로 하는 건식 식각을 이용한 미세 금속 마스크의 제조방법.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 금속 필름은 상기 캐소드부에 고정되며,
    상기 캐소드부와 상기 금속 필름의 사이에 절연 저항체가 구비되는 것을 특징으로 하는 건식 식각을 이용한 미세 금속 마스크의 제조방법.
  10. 제 6항에 있어서, 상기 캐소드부와 상기 애노드부 사이의 거리는
    1cm 내지 5cm인 것을 특징으로 하는 건식 식각을 이용한 미세 금속 마스크의 제조방법.
  11. 제 6항에 있어서,
    상기 캐소드부에 인가되는 양방향 전압 전원의 주파수는 1MHz 이하인 것을 특징으로 하는 건식 식각을 이용한 미세 금속 마스크의 제조방법.
  12. 제 6항에 있어서, 상기 건식 식각 장치는
    불활성 가스인 아르곤(Ar), 네온(Ne), 헬륨(He) 또는 염화물, 산화물 또는 황화물이 건식 식각을 위한 가스로 사용되는 것을 특징으로 하는 건식 식각을 이용한 미세 금속 마스크의 제조방법.
  13. 미세 금속 마스크에 있어서,
    상기 미세 금속 마스크는 제 6항에 따른 건식 식각을 이용한 미세 금속 마스크의 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 미세 금속 마스크.
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