KR101289345B1 - 섀도우 마스크와 이를 이용한 정렬장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 섀도우 마스크와 이를 이용한 정렬장치에 관한 것으로서, 마스크 본체와, 상기 마스크 본체에 천공된 다수의 개구패턴, 및 상기 마스크 본체 및 상기 개구패턴의 표면에 형성된 유전막을 포함하는 섀도우 마스크와, 이를 이용한 섀도우 마스크 정렬장치를 제공한다. 이를 통해 본 발명은 전자기력에 의해 상기 기판과 섀도우 마스크가 밀착정렬되고, 섀도우 마스크에 미세패턴을 형성할 수 있으며, 기판에서의 스크래치나 아킹의 발생을 방지할 수 있다.

섀도우 마스크, 정전척, 유기 박막 소자, 개구패턴

Description

섀도우 마스크와 이를 이용한 정렬장치{SHADOW MASK AND ALIGNMENT APPARATUS USING THE SAME}

도 1는 종래기술에 따른 섀도우 마스크 정렬장치에 대한 개략적인 구성도.

도 2a 및 2b는 종래기술에 따른 섀도우 마스크가 기판에 결합되기 전과 결합된 후의 결합 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 섀도우 마스크 정렬장치의 개략적인 구성도.

도 4a 및 4b는 본 발명에 따른 섀도우 마스크 정렬장치의 섀도우 마스크와 기판이 결합되기 전과 결합된 후의 결합 단면도.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 변형예에 따른 섀도우 마스크 정렬장치를 도시한 단면도.

도 6은 본 발명에 따른 개구패턴이 형성된 섀도우 마스크를 도시한 상세 단면도.

도 7은 본 발명의 변형예에 따른 개구패턴이 형성된 섀도우 마스크를 도시한 상세 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호설명>

100...섀도우 마스크 110...마스크 본체

120...마스크 프레임 130...유전막

200...기판 300...기판 지지대(정전척)

400...원료공급부 500...가스공급부

510...가스공급라인 600...챔버

본 발명은 섀도우 마스크와 이를 이용한 정렬장치에 관한 것으로서, 특히 유전막이 형성되는 섀도우 마스크와, 상기 섀도우 마스크가 전자기력에 의하여 기판과 긴밀한 밀착이 이루어지도록 하는 섀도우 마스크 정렬장치에 관한 것이다.

일반적으로 유기 박막 디스플레이는 능동 구동형 자체 발광 소자로 낮은 전압에서도 구동 가능하여 전력소모량이 적으며 발광효율이 높아 고화질의 데이터를 제공하고, 데이터 응답속도가 빨라 완벽한 동화상을 구현할 수 있는 차세대 디스플레이이다.

상기 유기 박막 디스플레이에 사용되는 기판은 증착 대상에 대한 선별적인 박막 형성을 위하여 섀도우 마스크를 기판의 표면에 덮은 후 증착을 한다. 이때, 섀도우 마스크가 세팅되는 위치는 박막을 형성하려는 위치에 어긋나지 않도록 배치 하여야 한다.

도 1은 종래기술에 따른 섀도우 마스크 정렬 장치에 대한 개략적인 구성을 나타낸 도면이고, 도 2a 및 2b는 종래기술에 따른 섀도우 마스크가 기판에 결합되기 전과 결합된 후의 상세 단면을 나타낸 도면이다.

도 1 내지 도 2b에서 도시된 바와 같이, 개략적인 종래의 섀도우 마스크 정렬장치는 피처리대상인 기판(30)과, 챔버(10)의 내측에 마련된 원료공급부(20)로 부터 증착원료를 선택적으로 기판상에 증착시키기 위한 섀도우 마스크(40)와, 상기 섀도우 마스크(40)를 상기 기판(30)과 밀착시키기 위해 자기장을 제공하는 영구자석판(50)을 포함한다.

상기의 도면에서는 챔버(10)의 내측 하부에 기판(30)이 배치되고, 상부에 원료공급부(20)가 배치된 섀도우 마스크 정렬장치를 도시하였으나, 이에 한정되지 않으며 상기 기판(30)이 상기 챔버(10)의 내측 상부에 배치되고, 상기 원료공급부(20)가 챔버(10)의 내측 하부에 배치될 수도 있다.

한편, 증착 공정을 위해서는 먼저, 상기 기판(30)과 섀도우 마스크(40)의 위치를 정렬한 후 영구자석판(50)의 자력에 의해 섀도우 마스크(40)가 기판(30)에 밀착되도록 하고, 상기 기판(30)과 섀도우 마스크(40)간의 정렬은 정확하게 이루어져야 한다. 그러나 종래기술에 따르면 상기 기판(30) 상에 다양한 패턴이 적층될 때 하부층의 박막과 상부층의 박막 간의 정렬이 정확하게 되지 않거나, 상기 기판(30)과 섀도우 마스크(40) 간에 정밀한 밀착이 이루어지 않게 되는 경우, 픽셀 패턴이 균일하지 않게 되고, 오정렬로 인해 전체 소자의 동작이 불가능하게 되는 문제가 있었다.

증착 공정이 완료되면 상기 영구자석판(50)을 일측으로 이동시켜 상기 기판(30)과 섀도우 마스크(40)를 이탈시키게 되는데, 이때 상기 영구자석판(50)이 일측으로 이동하더라도 자기장이 챔버(10)내에서 지속적으로 영향을 미치므로 챔버(10)내에서 자기장을 완전하게 제거하기 어려운 문제가 있었다.

또한, 종래의 섀도우 마스크상의 개구패턴을 미세패턴으로 형성하는 데에는 많은 어려움이 있고, 기판이 대형인 경우에는 균일한 세기의 자기장을 상기 기판에 제공할 수 있는 영구자석판의 제작이 어려운 문제가 있었다.

더하여, 자기력에 의하여 상기 섀도우 마스크와 기판을 상호 밀착시, 자기력선이 불균일하게 생성되는 경우에는 섀도우 마스크와 기판 사이의 밀착이 균일하게 이루어지지 않는 문제가 있었다. 이러한 문제의 발생을 방지하고자 자기력 세기를 증가시킬 수 있으나, 자기력의 세기가 과도하게 증가된 경우에는 기판에 증착되어 있는 유기물질이 섀도우 마스크에 의해 눌려 기판상에 스크래치가 발생되거나 패턴에 심각한 손상이 발생될 수 있는 문제가 있었다.

본 발명은 전술된 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 표면에 유전막이 형성된 섀도우 마스크와 섀도우 마스크를 기판과 밀착 정렬시키기 위한 정렬장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 기판과 섀도우 마스크 간에 발생될 수 있는 스크래치나 유기물질의 눌림을 방지할 수 있도록 하는 섀도우 마스크와 이를 이용한 정렬장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 마스크 본체와, 상기 마스크 본체에 천공된 다수의 개구패턴, 및 상기 마스크 본체 및 상기 개구패턴의 표면에 형성된 유전막을 포함하는 새도우 마스크를 제공한다.

이때, 상기 유전막은 폴리이미드, 폴리아마이드, 파릴렌의 고분자 물질 중에서 선택된 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 유전막 상에는 제2유전막이 더 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 기판을 지지하는 기판 지지대와, 유전막이 표면에 형성된 섀도우 마스크를 포함하고, 상기 섀도우 마스크는 상기 기판 지지대와 대향하며 상기 기판상에 위치하는 섀도우 마스크 정렬장치를 제공한다.

첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 섀도우 마스크 정렬장치의 개략적인 구성을 나타낸 도면이고, 도 4a는 섀도우 마스크가 기판에 결합되기 전의 단면을 도시한 도면이며, 도 4b는 섀도우 마스크가 기판에 결합된 후의 단면을 도시한 도면이다.

도 3 내지 4b에서 도시된 바와 같이, 섀도우 마스크 정렬장치는 일정 공간을 갖는 챔버(600)내에 피처리대상인 기판(200)을 지지하는 기판 지지대(300)와, 상기기판 지지대(300)에 대향되도록 상기 기판(200)의 일면 상에 정렬 배치되는 섀도우 마스크(100)를 포함하고, 증착물의 원료를 공급하는 원료 공급부(400)에 의해 상기 섀도우 마스크(100)가 배치된 기판(200)에 증착이 이루어진다.

상기 섀도우 마스크(100)는 그 표면으로 유전막이 형성되는데, 이에 대한 세부적 내용에 대해서는 후술한다. 또한, 본 실시예에서는 상기 기판 지지대(300)는 정전척(300)을 사용하며, 이하 기판 지지대(300)에 대한 설명은 정전척(300)에 대한 설명으로 대신한다.

상기 섀도우 마스크(100)는 기판(200)에 전사되는 패턴의 크기가 일정하게 유지될 수 있도록 상기 기판(200)의 상부면으로 정렬되고, 상기 정전척(300)에 의해 상기 섀도우 마스크(100)와 상기 기판(200)이 동시에 대전되어 상기 섀도우 마스크(100)가 상기 기판(200)의 상부면으로 밀착고정된다. 여기서, 상기 기판(200)으로는 투광성 기판이 사용되며, 본 실시예에서는 유리기판이 사용된다.

상기 챔버(600)의 측벽에는 도시되지 않은 기판 반입 반출구가 형성되어 이를 통해 기판(200)을 반입 반출한다. 또한 챔버(600)의 측벽 또는 하부에는 진공 펌프 등의 배기 수단(도시되지 않음)이 연결되어 이로부터 배기가 실행되어 챔버(600) 내를 원하는 진공도로 유지할 수 있다.

정전척의 기술적 원리를 간략히 설명하면, 정전척은 고저항, 중저항 및 저저항용으로 나눌 수 있는데, 저저항일 경우에는 전극에 소정의 전압을 인가하면 전극 판으로부터 소정의 전류가 인가되어 기판이 파지 되는 정전척 표면이 양전하로 차지되고, 전자기 유도에 의해 기판의 하부 표면은 음전하로 차지되고 그 상부 표면은 양전하로 차지된다. 고저항일 경우에는 전극에 소정의 전압을 인가하면 전극 판 표면에 소정의 양전하로 차지되고 기판의 하부 표면은 음전하로 차지된다. 즉, 저 저항일 경우에는 전류를 이용하여 정전척의 표면과 기판 사이에서 발생하는 전기력을 통해 정전척이 기판을 파지하지만, 고저항일 경우에는 전극과 기판 사이에서 발생하는 전기력을 통해 정전척이 기판을 파지한다.

본 실시예에 따른 정전척(300)은 기판(200)과 섀도우 마스크(100)를 대전시켜 전기력으로 상호 밀착시키며, 내부에는 기판(200)을 소정의 온도로 조정하기 위한 냉각 수단(320) 또는 가열 수단 등을 구비할 수 있다. 정전척(300)은 상면에 장착될 기판(200)의 형상과 대략 동일한 형상과 크기로 형성되나 특별히 형상이 한정되지는 않는다. 예를 들어 기판(200)이 사각형의 유리 기판(200)인 경우 유리 기판(200)의 형상과 유사한 사각형의 형상으로 이루어지고 상면의 크기는 유리 기판(200)과 대략 유사하게 형성되는 것이 바람직하다.

상기 정전척(300)은 내부에 도전성 부재(310)를 구비하며, 상기 도전성 부재(310)는 고압 직류 전원에 접속되어 고전압을 인가함으로써 기판(200)을 흡착 유지할 수 있다. 이때, 기판(200) 위에 정렬 배치되어 있는 섀도우 마스크(100)를 함께 대전 시켜 기판(200)과 함께 섀도우 마스크(100)를 흡착 유지할 수 있다. 또한, 상기 정전척(300)은 정전력 이외에 기계적 힘 등에 의해 기판(200) 및 섀도우 마스크(100)를 유지할 수 있다.

상기 정전척(300)에는 복수의 열전달 가스 공급 구멍이 마련되고 가스 공급 구멍은 정전척(300)을 관통하는 가스 공급 라인(510)과 연결될 수 있다. 상기 가스 공급 라인(510)은 챔버(600) 외부의 가스 공급부(500)과 연결되어 상기 가스 공급부(500)으로부터 열전달 가스가 공급될 수 있다. 이때, 열전달 가스로는 헬륨, 아르곤 등의 불활성 가스를 사용할 수 있다.

상기 가스 공급부(500)로부터 열전달 가스 공급 라인(510)을 통과한 열전달 가스는 정전척(300)의 가스 공급 구멍(도시되지 않음)을 통해 정전척(300)의 상부면에 도달되고 기판(200)과 정전척(300) 사이의 미소 공간으로 공급되어 정전척(300)으로부터 기판(200)으로의 열전달 효율을 높일 수 있고 기판(200) 내에서 균일한 온도를 유지할 수 있다.

본 발명에 따른 섀도우 마스크 정렬장치를 이용한 박막 형성 동작에 대하여 설명한다. 기판(200) 반입 반출구로부터 기판(200)이 반입되어 정전척(300) 상부면에 장착되고, 상기 기판(200) 위에 섀도우 마스크(100)가 정확히 정렬되어 위치되면, 고압 직류 전원으로부터의 고전압이 정전척(300)에 인가되어 기판(200)과 섀도우 마스크(100)는 정전력에 의해 정전척(300)에 흡착 유지된다. 이어서, 가스 공급부(500)으로부터 소정의 온도 및 유량으로 제어된 열전달 가스가 가스 공급 라인(510)을 거쳐서 미소 공간으로 공급되어 기판(200)은 원하는 온도로 조절된다. 이후, 정전척(300)과 대향하여 위치하는 챔버(600)의 상부에 설치된 원료공급부(400)로부터 원료 가스가 도입되고 진공 펌프(미도시)를 이용하여 챔버(600)를 소정 압력으로 유지한다. 이렇게 공급된 원료 가스가 섀도우 마스크(100)의 개구패턴(111)을 통과하여 기판(200) 위에 증착된다. 박막 형성이 종료되면 고압 직류 전원으로부터의 전력 공급이 정지되고 기판(200)은 반입 반출구를 통해 챔버(600) 외부로 반출된다.

도 5a는 섀도우 마스크 정렬장치에 마련되는 정전척이 다수개로 분리되어 설 치된 상태를 나타낸 도면이고, 도 5b는 섀도우 마스크 정렬장치에 마련되는 정전척의 도전성 부재가 다수개로 분리되어 설치된 상태를 나타낸 도면이다.

도 5a에서 도시된 바와 같이, 상기 기판과 섀도우 마스크를 밀착정렬시키기 위한 상기 정전척을 2개 이상으로 분리하여 서로 인접하게 밀착 설치하고 각각의 정전척에 별도의 전원이 인가되도록 구성하여 상기 섀도우 마스크의 부착 정밀도가 향상되도록 할 수 있다.

도 5b에서 도시된 바와 같이, 하나의 정전척으로 별도의 전원부에 의해 전원을 인가받는 2개 이상의 도전성 부재가 동일 수평면 상에 마련되도록 구성하여 상기 섀도우 마스크의 부착 정밀도가 향상되도록 할 수 있다.

상기에서는 기판과 상기 기판상에 정렬되는 섀도우 마스크를 흡착하기 위한 수단으로 전기력을 이용하는 정전척(300)인 기판 지지대에 대하여 설명하였으나, 다른 실시예로, 상기 정천척(300) 이외에 상기 기판 지지대의 하부에 영구자석판(도시되지 않음)을 설치할 수 있다. 즉, 다수개의 영구자석이 마련된 영구자석판(도시되지 않음)을 설치하여 상기 영구자석판으로 부터 제공되는 자기력을 통하여 상기 기판(200)과 섀도우 마스크(100)가 상호 흡착되도록 할 수도 있다.

또한, 상기에서는 설명의 편의를 위하여 기판(200)을 챔버(600)의 하부에 배치하고 원료공급부(400)를 상부에 배치하였으나, 상기 기판(200)을 챔버(600)의 상부에 배치하고 원료공급부(400)를 하부에 배치할 수도 있고, 그 외 원하는 대로 변경 가능함은 물론이다.

본 발명에 따른 섀도우 마스크(100)는 일정 형상의 개구패턴(111)이 형성된 마스크 본체(110)와, 상기 마스크 본체(110)를 지지하는 마스크 프레임(120)을 포함하고, 상기 마스크 본체(110)와 상기 마스크 프레임(120)의 외부 전체면으로는 고유전율을 갖는 고분자 물질로 이루어지는 유전막(130)이 형성된다. 상기 마스크 본체(110)와 마스크 프레임(120)이 결합된 상태에서는 이들의 외부 전체면을 포함한다.

상기 섀도우 마스크(100)는 금속 재질을 포함하나, 그 외부표면을 유전막(130)이 둘러쌈에 의해 정전척(300)에 전원이 가해지더라도 아킹을 방지하면서 기판(200)과 섀도우 마스크(100)를 함께 대전시켜 흡착 유지가 가능하다.

도 6은 미세패턴을 갖는 마스크 본체의 상세 단면을 도시한 도면이다.

도 6에서 도시된 바와 같이, 상기 마스크 본체(110)는 증착 물질의 증착에 의하여 상기 기판(200)에 선별적인 증착이 이루어지도록 소정 패턴으로 형성되는 개구패턴(111)이 형성된다. 상기 개구패턴(111)은 마스크 본체(100) 상에 감광막을 도포한 후 노광하고, 노광된 영역을 현상하여 감광막 패턴을 형성하고, 감광막 패턴을 식각 마스크로 하는 식각을 실시하여 노출된 영역을 제거함으로써 형성된다.이때, 본 실시예에서는 상기 개구패턴(111)에 유전막(130)을 코팅하여 상기 마스크 본체(110)에 미세패턴의 구현이 가능하다. 예컨대, 상기 마스크 본체(110)에 개구패턴(111)을 a의 너비로 형성하고, 상기 마스크 본체(110)를 고분자 유전물질로 코팅하면, 최종적으로 a의 너비 보다 적은 b의 너비의 미세패턴이 형성됨으로써, 상기 마스크 본체(110)의 외부 표면의 코팅을 통한 미세패턴의 형성이 가능하다.

도 7는 섀도우 마스크에 고분자 유전막이 적층 형성된 상세 단면을 도시한 도면이다.

도 7에서 도시된 바와 같이, 상기 마스크 본체(110)에 내화학성 및 내열성을 증가시기기 위하여 상기 마스크 본체(110)의 표면에 유전막(130)을 형성한 후, 형성된 유전막(130)에 다시 폴리아마이드와 같은 고분자 유전물질을 더 증착하여 다층의 유전막(130')을 형성할 수 있다.

상기 마스크 본체(110)를 포함하는 상기 섀도우 마스크(100)에 유전막(130)이 형성되는 구성은 상기에서의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니며, 대전에 의한 섀도우 마스크(100)의 아킹(arcing) 발생을 방지하고, 스크래치나 유기물질의 눌림을 방지할 수 있는 구성은 모두 포함된다.

상기 섀도우 마스크(100)에 코팅되는 유전막(130)은 고유전율을 갖는 고분자 물질로 이루어지는 것이 바람직하고, 본 실시예에서는 파릴렌(parylene) 계열의 고분자 물질또는 폴리머 계열의 내열성 고분자 물질인 폴리이미드(polyimide), 폴리아마이드(polyamide)등의 사용이 가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 상기 기판(200)과 섀도우 마스크(100)가 전자력에 의해 밀착정렬될 수 있고, 상기 섀도우 마스크(100)에는 고분자 물질의 유전막이 형성되어 미세패턴의 형성이 용이하고, 상기 유리기판(200)과 섀도우 마스크(100) 간의 발생될 수 있는 스크래치나 유기물질의 눌림을 방지할 수 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명 하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개량 및 변화 될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀 두고자 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의하면, 기판과 섀도우 마스크간의 밀착성을 증가시켜 픽셀 패턴의 균일도를 증가시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 섀도우 마스크 상에 형성되는 유전막의 코팅으로 인해 미세 패턴을 용이하게 형성할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 기판과 섀도우 마스크간의 온도차를 최소화하여 섀도우 마스크에 의한 픽셀 패터닝을 균일하게 유지할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 섀도우 마스크를 고분자 물질로 코팅막을 형성하고, 정전척에 의해 상기 섀도우 마스크와 기판을 밀착시킴으로써 아킹의 발생을 방지하고, 영구자석판의 과도한 자기력에 의해 기판과 섀도우 마스크간에 발생될 수 있는 스크래치나 유기물질의 눌림을 방지할 수 있다.

Claims (8)

1. 마스크 본체;

   상기 마스크 본체에 천공된 다수의 개구패턴; 및

   상기 마스크 본체 및 상기 개구패턴의 표면에 형성되며, 서로 다른 재료로 적층된 다층의 유전막을 포함하고,

   상기 다층의 유전막은 파릴렌 및 상기 파릴렌 상에 형성되며, 내화학성 성질을 가지는 폴리아마이드로 이루어진 섀도우 마스크.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 개구패턴이 a의 너비로 형성되고, 상기 개구패턴 표면에 유전막이 코팅되어, 상기 a의 너비보다 적은 b의 너비로 미세패턴이 형성된 섀도우 마스크.
3. 삭제
4. 기판을 지지하는 기판 지지대;

   마스크 본체, 상기 마스크 본체에 천공된 다수의 개구패턴 및 상기 마스크 본체와 상기 개구패턴의 표면에 형성된 유전막으로 이루어진 섀도우 마스크를 포함하고,

   상기 유전막은 서로 다른 재료로 형성된 다층으로 이루어지고, 상기 다층의 유전막은 파릴렌 및 상기 파릴렌 상에 형성되며, 내화학성 성질을 가지는 폴리아마이드로 이루어지며,

   상기 섀도우 마스크는 상기 기판 지지대와 대향하며 상기 기판상에 위치하고, 상기 기판 지지대의 하부에는 영구자석판이 설치되는 것을 특징으로 하는 섀도우 마스크 정렬장치.
5. 청구항 4에 있어서, 상기 기판 지지대는 정전척인 것을 특징으로 섀도우 마스크 정렬장치.
6. 청구항 5에 있어서,

   상기 정전척은 다수개로 분리되어 별도의 전원이 인가되는 것을 특징으로 섀도우 마스크 정렬장치.
7. 청구항 5에 있어서,

   상기 정전척은 열전달 가스공급경로 및 냉각수단을 더 포함하는 것을 특징으로 섀도우 마스크 정렬장치.
8. 청구항 4에 있어서,

   상기 개구패턴이 a의 너비로 형성되고, 상기 개구패턴 표면에 유전막이 코팅되어, 상기 a의 너비보다 적은 b의 너비로 미세패턴이 형성된 섀도우 마스크 정렬장치.

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