KR102501481B1 - 초고해상도 급 증착용 fmm 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 목적은 10 ㎛ 이하의 초미세홀의 가공을 가능하게 하여, 관통홀의 형상과 크기의 균일성을 제공하고, 내부 둔턱 생성을 방지하여 그림자 효과가 없는 초고해상도 급의 800 PPI부터 1500 PPI까지 가능한 초고해상도 급의 증착용 FMM 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 초고해상도 급 증착용 FMM 제조 방법은, 인바 금속의 양면에 포토 레지스트를 코팅하고, 노광, 현상하여 UV 조사가 차단된 영역의 상기 포토 레지스트를 제거하여 에칭 영역만 노출시키는 제 1 단계; 노출된 상기 에칭 영역에 전기 도금을 수행하여 오링(O-Ring) 형태의 보호 댐을 형성하는 제 2 단계; 및 상기 보호 댐이 형성된 인바 금속에 에칭 공정을 수행하여 관통홀을 생성하는 제 3 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 초고해상도 급 증착용 FMM 제조 방법은, 인바 금속의 양면에 포토 레지스트를 코팅하고, 노광, 현상하여 UV 조사가 차단된 영역의 상기 포토 레지스트를 제거하여 에칭 영역만 노출시키는 제 1 단계; 노출된 상기 에칭 영역에 전기 도금을 수행하여 오링(O-Ring) 형태의 보호 댐을 형성하는 제 2 단계; 및 상기 보호 댐이 형성된 인바 금속에 에칭 공정을 수행하여 관통홀을 생성하는 제 3 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 초고해상도 급 증착용 FMM 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초고해상도의 화소 밀도 800 ~ 1500PPI(Pixel Per Inch)까지 가능한 초고해상도 급 증착용 FMM(Fine Metal Mask) 제조 방법에 관한 것이다.
평판 디스플레이는 최근 LCD(Liquid Crystal Display)에서 OLED(Organic Lighting Emitting Diodes)로 전환되고 있다.
OLED는 자체 발광, 응답 속도, 시야각, 저전압, 저전력 소모, 명암비, 색 재현성, 해상도 등의 성능이 매우 우수하다.
이러한 OLED는 유기물 박막으로 음극과 양극을 통하여 주입된 전자와 정공이 결합하여 엑시톤(Exciton)을 형성하고, 형성된 엑시톤이 여기 상태에서 기저 상태로 전이되면서 특정 파장의 빛이 발생하는 현상을 이용한 소자이다.
OLED의 구조는 유리 기판이나 투명 플라스틱 위에 빛이 통과하는 투명한 음극과 양극을 형성하고, 그 사이에 전자, 정공의 수송층 및 도전층과, 중앙에 발광층을 증착시킨 구조이다.
도 1은 OLED 디스플레이의 기본 구조 및 발광 원리를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, OLED 디스플레이의 기본 구조는 투명 유리 기판으로부터 양극(Anode), 정공 주입층(HIL), 정공 수송층(HTL), 발광층(EML), 전자 수송층(ETL), 전자 주입층(EIL), 음극(Cathode)의 순서로 이루어져 있다.
OLED 디스플레이 모듈 생산은 유리 기판(전극 공정) → 진공 증착(Evaporation) → 봉지(Encapsulation) → 셀(Cell) → 모듈(Module) 과정을 통해서 완성된다.
유리 기판과 전극 공정은 스퍼터링 방법에 의해, 유리 기판 위에 ITO 박막을 형성한다.
이후, 고 진공하에서 유기물을 열 증발시켜 메탈 마스크를 통하여 유리 기판에 증착하는 VTE(Vacuum Thermal Evaporation) 기술을 이용하여 여러 층의 유기 박막과 금속 박막을 연속하여 형성한다.
도 2는 유리 기판에 증착시키는 VTE 진공 챔버 내의 구조를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 이러한 진공 챔버는 상향식 증착 방식으로 상단의 유리 기판과 하단의 메탈 마스크 프레임을 얼라인시키는 장치와, 박막 증착 두께 모니터 장비와, 유기물 증발원을 포함하고 있으며, 진공 펌프를 이용하여 챔버 내 10-7 Torr 초고 진공 상태를 유지하고, 유기 물질을 200 ~ 500 ℃ 범위 내에서 열 증발(Thermal Evaporation) 방식으로 승화 또는 증발시킨다.
정밀한 증착이 이루어지기 위해서는 증착용 마스크가 유리 기판 하단에 정확하게 탑재되어야 한다.
증발된 분자 단위의 작은 유기 물질은 메탈 마스크의 관통홀을 통해 유리 기판의 일정한 위치에, 일정한 사이즈와 두께로 미세한 패터닝 박막을 증착시킨다.
OLED 유기 증착은 양극, 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층 R(Red), 발광층 G(Green), 발광층 B(Blue), 전자 수송층, 전자 주입층, 음극 순서로 각기 다른 진공 챔버 내에서 각기 다른 메탈 마스크를 통해 증착된다.
증착된 유기 물질의 전체 두께는 200 ~ 300 ㎚ 정도이며, 0.7 ㎜ 의 유리 기판을 사용할 경우, 유기물의 두께는 유리 두께의 1/300 ~ 1/400 정도의 박막이다.
유기 증착 공정이 완료되면 곧바로 봉지 공정이 실행된다.
봉지 공정은 OLED에서 빛을 내는 유기 물질과 전극이 산소와 수분에 매우 민감하게 반응하여 발광 특성을 잃기 때문에, 이를 차단하기 위한 공정으로 OLED 패널의 수명을 보존 또는 향상시키는 공정이다.
봉지 공정은 다수의 무기층이거나, 무기층과 유기층, 또는 무기층과 유기층을 반복하여 형성한다.
풀 컬러 디스플레이(Full Color Display)의 구현을 위해 빛의 3원색인 R, G, B의 기본 화소가 필요하다.
FMM(Fine Metal Mask)은 발광층, R, G, B 화소를 증착시키는데 사용되는 메탈 마스크이고, OMM(Open Metal Mask)은 셀의 공동층의 증착 공정에 사용하는 메탈 마스크이다.
하나의 모델 증착 공정에, FMM은 3개의 메탈 마스크가 필요하고, OMM은 통상 6 ~ 8개의 메탈 마스크가 필요하다.
도 3은 OLED 증착 공정 및 이에 필요한 메탈마스크를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, FMM과 OMM 마스크 프레임은 모두 인바(Invar) 금속을 사용한다.
인바 금속은 철과 니켈의 합금(Fe 64 %, Ni 36 %)으로, 열팽창 계수가 독보적으로 낮기 때문에 치수 안정성과 정밀함이 요구되는 용도에 사용된다.
이러한 인바 금속의 열팽창 계수는 1.2 × 10-6 K-1 (1.2 ppm/℃)이다.
발광층 증착용인 FMM은 인바 두께가 10 ~ 30 ㎛의 초박판을 사용하여 스틱(Stick) 형태의 분할 마스크로 제작이 가능하기 때문에, 다수 개의 분할 마스크를 위치 정밀도, 치수 정밀도, 패턴 정밀도 등을 확인하면서 마스크 프레임에 하나씩 용접하여 이어나가 대면적의 FMM 마스크 어셈블리를 완성할 수 있다.
공동층은 디스플레이 전면을 증착하기 때문에 증착용 메탈 마스크는 디스플레이 크기를 갖는 OMM을 사용하고 발광층은 빛을 내는 R, G, B 화소 별로 증착되어야 하기 때문에 미세한 화소 크기의 관통홀이 화소수만큼 형성되어 있는 FMM을 사용한다.
도 4는 픽셀 구조 및 FMM의 관통홀을 통해서 R, G, B 발광층의 증착 방법을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 서브-픽셀(Sub-pixel)과 픽셀(Pixel)을 표시하고 있다.
여기서, R, G, B는 저분자 유기 EL(Electro Luminescence) 발광층이며, 진공 증착법에 의해 FMM 관통홀을 통해 유리 기판에 증착된다.
고해상도(QHD) OLED 제조의 핵심은 R, G, B 화소를 형성하는 증착 공정에 있으며, 고해상도를 제공하는 FMM의 제조가 필수적이다.
FMM의 제조 방법으로는 3가지 방법이 연구되고 있으나, 아직까지 양산에 적용되고 있는 방법은 화학 에칭(Chemical Etching) 방법 뿐이다.
첫째, 전주 도금(Electro Forming) 방식은 도전성 기판에 포토 레지스트(Photo Resist)를 이용하여 작은 홀을 형성시킨 후 철(Fe)과 니켈(Ni)의 합금을 도금한 후에, 기판에서 분리하여 FMM을 제조하는 방법으로 고해상도 급이 가능하다.
그러나, 전주 도금의 경우 철과 니켈의 합금 비율을 일정하게 유지하기가 어렵고 또한 두께 편차로 인해 관통홀의 균일성 유지가 어렵다.
또한. 인바 금속 시트보다 전주 도금으로 형성된 철/니켈 합금 시트의 열팽창 계수가 높은 문제로, 실제로 진공 열증착 시에 FMM 처짐 현상이 발생하며 아직까지 양산에 적용되지 못하고 있는 실정이다.
둘째. 레이저 가공 방식은 극초단파 레이져(Ultrashort Pulse Laser)로 고해상도의 FMM을 제작할 수 있으나, 레이져 조사시 발생하는 열로 인해 홀 주변의 잔여물이 형성되어 증착시 불량 발생의 원인이 되며, 또한 FMM의 수많은 관통홀을 가공하는 경우에 생산성이 극히 저조하여 실제로 양산에 적용되지 못하고 있다.
셋째. 화학 에칭 방식은 OLED 증착에 사용되는 R, G, B 증착용 FMM 제조에 적용할 수 있는 유일한 방법이다.
하지만, 화학 에칭 방식으로 화소 밀도 500 ~ 600 PPI(Pixel Per Inch) 고해상도 급의 FMM을 제작하여 사용하고는 있으나, 그 이상의 화소 밀도의 경우는 관통홀의 불균일성 등 품질 문제로 실제 양산되지 못하고 있다.
인바 금속 양면에 포토 레지스트를 코팅, 노광, 현상하여 인바 금속 박판의 상단과 하단을 에칭시켜서 관통홀을 형성하게 된다.
더욱 상세하게는 상단, 하단을 동시에 에칭시키거나 또는 2회에 나누어서 에칭시키는 방법이 사용된다.
하지만, 화학 에칭 시에 인바 금속 표면에 코팅된 포토 레지스트 경계면에 에칭액이 침투하는 문제와, 인바 금속 내부로 에칭되면서 관통홀이 형성되는 과정에 하향 에칭과 함께 옆면으로 사이드 에칭(Side Etching)이 동시에 발생하는 문제로 인해 에칭 방식으로는 초고해상도(UHD) 급 FMM 제조가 불가능하다.
화학 에칭 방식으로 제조된 FMM의 관통홀의 상단, 하단의 형상은 도 5와 같다.
도 5는 화학 에칭 방식으로 제조된 FMM의 관통홀의 상단, 하단의 형상을 나타낸 사진이다.
도 5를 참조하면, 관통홀의 하단은 증발된 유기물 기체 분자의 원활한 유입을 위해 기판면의 상단 직경보다 1.5 ~ 2배 큰 직경으로 형성한다.
에칭 공정에서 상단과 하단의 에칭으로 관통홀이 형성되는데, 이때 관통홀 내에 둔턱(Step Height)이 발생하게 된다.
도 6은 둔턱과 그림자 효과(Shadow Effect) 발생을 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 둔턱으로 인해 실제로 증착되어야 하는 패턴 이상으로 옆으로 퍼지는 그림자 거리(Shadow Distance)가 생성되어 그림자 효과가 발생한다.
진공 증착시 증착 박막이 옆으로 번지고, 이때 인접한 다른 색의 발광층에 영향을 주게되어 불량 발생의 원인이 된다.
고해상도의 미세 관통홀 제조시 홀의 형상이나 크기가 상당히 불균일해지고, 그림자 효과로 인해 화학 에칭 방식으로 화소 밀도 고해상도 급인 500 ~ 600 PPI(Pixel Per Inch)까지만 양산이 가능하다.
즉, 화소 밀도 800 PPI 이상의 초고해상도 급의 FMM을 제조하기 위해서는 둔턱과, 그림자 거리가 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 2 ㎛ 미만이 요구되고 있으며, 미세 관통홀의 직경이 10 ㎛ 이하이고 형상이나 크기가 균일해야 한다.
이러한 이유로 화소 밀도 800 PPI 이상의 FMM을 양산할 수 있는 제조 방법은 아직까지 완성되지 못한 실정이다.
[표 1]
따라서, 화학 에칭 방식에 의한 FMM 제조 방법으로는 에칭시 포토 레지스트 경계면의 에칭액 침투 문제와, 관통홀 생성 과정에서 홀 내부의 둔턱 생성으로 인해 관통홀의 형상과 크기가 불균일한 문제와, 그림자 효과 문제 등으로 화소 밀도 500 ~ 600 PPI 이상의 FMM 제조가 어려운 실정이다.
상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 10 ㎛ 이하의 초미세홀의 가공을 가능하게 하여, 관통홀의 형상과 크기의 균일성을 제공하고, 내부 둔턱 생성을 방지하여 그림자 효과가 없는 초고해상도 급의 800 PPI부터 1500 PPI까지 가능한 초고해상도 급 증착용 FMM 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 초고해상도 급 증착용 FMM 제조 방법은, 인바 금속의 양면에 포토 레지스트를 코팅하고, 노광, 현상하여 UV 조사가 차단된 영역의 상기 포토 레지스트를 제거하여 에칭 영역만 노출시키는 제 1 단계; 노출된 상기 에칭 영역에 전기 도금을 수행하여 오링(O-Ring) 형태의 보호 댐을 형성하는 제 2 단계; 및 상기 보호 댐이 형성된 인바 금속에 에칭 공정을 수행하여 관통홀을 생성하는 제 3 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 초고해상도 급 증착용 FMM 제조 방법에서, 상단 보호 댐은 금(Au), 티타늄(Ti), 금 합금 또는 티타늄 합금 중 어느 하나에 의해 전기 도금되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 초고해상도 급 증착용 FMM 제조 방법에서, 상기 보호 댐은 0.2 ~ 0.3 ㎛ 두께의 금도금 도금층으로 형성되며, 필요시 하지 니켈 도금은 1 ~ 5 ㎛ 두께의 도금층을 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 초고해상도 급 증착용 FMM 제조 방법에서, 상기 에칭액은 염화 제 2 철(FeCl3) 용액을 사용하며, 상기 에칭액의 비중은 1.40 ~ 1.43 이며, 온도는 50 ~ 55 ℃이고, 분사 압력은 2.5 ~ 3.0 ㎏ / ㎝ 인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기위해, 본 발명에 따른 초고해상도 급 증착용 FMM 제조 방법은, 원하는 화소 생성에 맞는 두께의 인바 금속을 선택하여, 상기 인바 금속 표면에 액상 포토 레지스트를 3 ~ 4 ㎛ 두께로 코팅하고, 원하는 화소의 패턴이 형성되어 있는 글래스 마스크를 사용하여 상기 인바 금속을 노광 및 현상하고, UV 조사가 차단된 영역의 상기 액상 포토 레지스트를 제거하여 오링(O-Ring) 형태의 에칭 영역만 노출시킨다.
또한, 본 발명에 따른 초고해상도 급 증착용 FMM 제조 방법은, 노출된 상기 에칭 영역에 전기 도금을 수행하여 오링 형태의 보호 댐을 형성하고, 상기 보호 댐이 형성된 인바 금속에 에칭 공정을 수행하여 관통홀을 생성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 초고해상도 급 증착용 FMM 제조 방법은, 상기 코팅 후 상기 노광 전 상기 인바 금속에 110 ℃, 90 초(sec)로 소프트 베이킹(Soft Baking)을 수행하고, 상기 노광 후 110 ℃, 60 초로 상기 인바 금속에 포스트 베이킹(Post Baking)을 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 초고해상도 급 증착용 FMM 제조 방법에서, 상기 인바 금속의 하단에 적층되는 글래스 마스크에 형성되는 홀의 직경 패턴은 상단에 적층되는 글래스 마스크에 형성되는 홀의 직경 패턴보다 큰 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 초고해상도 급 증착용 FMM 제조 방법에서, 상단 보호 댐은 금(Au), 티타늄(Ti), 금 합금 또는 티타늄 합금 중 어느 하나에 의해 전기 도금되며, 상기 금 도금은 전해 금도금 또는 무전해 금도금을 통해 도금되고, 상기 전해 금도금은 시안화 금도금, 아황산 금도금, 비시안금도금 중 하나를 사용하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위해, 또한, 본 발명에 따른 초고해상도 급 증착용 FMM은, 초고해상도 급 증착용 FMM 제조 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 한다.
기타 실시 예의 구체적인 사항은 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 및 첨부 "도면"에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 각종 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 각 실시 예의 구성만으로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로도 구현될 수도 있으며, 단지 본 명세서에서 개시한 각각의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐임을 알아야 한다.
본 발명에 의하면, 10 ㎛ 이하의 초미세홀의 가공을 가능하게 하여, 관통홀의 형상과 크기의 균일성을 제공하고, 내부 둔턱 생성을 방지하여 그림자 효과가 없는 초고해상도 급의 800 PPI부터 1500 PPI까지 가능한 초고해상도 급 증착용 FMM 제조 방법을 제공하는 효과가 있다.
또한, 10 ㎛ 이하의 초미세홀 가공이 가능하고 둔턱과 그림자 효과가 거의 발생하지 않으며, 화소 밀도 800 ~ 1500 PPI 초고해상도 급 FMM을 제조할 수 있어 스마트폰, 태블릿 PC, 랩톱(Lap Top), 데스크톱(Desktop) PC 등과 같이 휴대 운반이 가능한 디바이스에 사용되는 디스플레이는 물론 가상 현실(VR: Virtual Reality)이나 증강 현실(AR: Augmented Reality), 융합 현실(MR: Merged Reality) 기기 등 다양한 전자 기기에서 초고해상도의 디스플레이에 적용될 수 있는 효과가 있다.
또한, 기존의 고해상도 급의 FMM 제조에도 응용 가능하기 때문에, 관통홀의 균일성이 향상되고 그림자 효과의 감소로 증착 효율 및 품질이 개선될 수 있어 공정 수율이 향상될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 OLED 디스플레이의 기본 구조 및 발광 원리를 나타내는 도면.
도 2는 유리 기판에 증착시키는 진공 챔버 내의 구조를 나타내는 도면.
도 3은 OLED 증착 공정 및 이에 필요한 메탈마스크를 나타내는 도면.
도 4는 픽셀 구조 및 FMM의 관통홀을 통해서 R, G, B 발광층의 증착 방법을 나타내는 도면.
도 5는 화학 에칭 방식으로 제조된 FMM의 관통홀 상단 및 하단의 형상을 나타내는 사진.
도 6은 둔턱과 그림자 효과 발생을 나타내는 도면.
도 7은 전기 도금(Electro Plating) 방법으로 상단 홀 보호 댐 역할의 오링 금도금층을 나타내는 도면.
도 8은 본 발명의 구체적인 처리 과정(Process)을 나타내는 도면.
도 9는 본 발명의 오링 페턴과 제조가능한 PPI를 나타내는 도면.
도 10은 본 발명 실시예에 따라 생성된 관통홀을 나타내는 도면.
도 2는 유리 기판에 증착시키는 진공 챔버 내의 구조를 나타내는 도면.
도 3은 OLED 증착 공정 및 이에 필요한 메탈마스크를 나타내는 도면.
도 4는 픽셀 구조 및 FMM의 관통홀을 통해서 R, G, B 발광층의 증착 방법을 나타내는 도면.
도 5는 화학 에칭 방식으로 제조된 FMM의 관통홀 상단 및 하단의 형상을 나타내는 사진.
도 6은 둔턱과 그림자 효과 발생을 나타내는 도면.
도 7은 전기 도금(Electro Plating) 방법으로 상단 홀 보호 댐 역할의 오링 금도금층을 나타내는 도면.
도 8은 본 발명의 구체적인 처리 과정(Process)을 나타내는 도면.
도 9는 본 발명의 오링 페턴과 제조가능한 PPI를 나타내는 도면.
도 10은 본 발명 실시예에 따라 생성된 관통홀을 나타내는 도면.
본 발명을 상세하게 설명하기 전에, 본 명세서에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 무조건 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 각종 용어의 개념을 적절하게 정의하여 사용할 수 있고, 더 나아가 이들 용어나 단어는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 알아야 한다.
즉, 본 명세서에서 사용된 용어는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기 위해서 사용되는 것일 뿐이고, 본 발명의 내용을 구체적으로 한정하려는 의도로 사용된 것이 아니며, 이들 용어는 본 발명의 여러 가지 가능성을 고려하여 정의된 용어임을 알아야 한다.
또한, 본 명세서에서, 단수의 표현은 문맥상 명확하게 다른 의미로 지시하지 않는 이상, 복수의 표현을 포함할 수 있으며, 유사하게 복수로 표현되어 있다고 하더라도 단수의 의미를 포함할 수 있음을 알아야 한다.
본 명세서의 전체에 걸쳐서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소를 "포함"한다고 기재하는 경우에는, 특별히 반대되는 의미의 기재가 없는 한 임의의 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 임의의 다른 구성 요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미할 수 있다.
더 나아가서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"라고 기재한 경우에는, 이 구성 요소가 다른 구성 요소와 직접적으로 연결되어 있거나 접촉하여 설치되어 있을 수 있고, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있을 수도 있으며, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있는 경우에 대해서는 해당 구성 요소를 다른 구성 요소에 고정 내지 연결하기 위한 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재할 수 있으며, 이 제 3의 구성 요소 또는 수단에 대한 설명은 생략될 수도 있음을 알아야 한다.
반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결"되어 있다거나, 또는 "직접 접속"되어 있다고 기재되는 경우에는, 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재하지 않는 것으로 이해하여야 한다.
마찬가지로, 각 구성 요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 " ~ 사이에"와 "바로 ~ 사이에", 또는 " ~ 에 이웃하는"과 " ~ 에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지의 취지를 가지고 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 "일면", "타면", "일측", "타측", "제 1", "제 2" 등의 용어는, 사용된다면, 하나의 구성 요소에 대해서 이 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소로부터 명확하게 구별될 수 있도록 하기 위해서 사용되며, 이와 같은 용어에 의해서 해당 구성 요소의 의미가 제한적으로 사용되는 것은 아님을 알아야 한다.
또한, 본 명세서에서 "상", "하", "좌", "우" 등의 위치와 관련된 용어는, 사용된다면, 해당 구성 요소에 대해서 해당 도면에서의 상대적인 위치를 나타내고 있는 것으로 이해하여야 하며, 이들의 위치에 대해서 절대적인 위치를 특정하지 않는 이상은, 이들 위치 관련 용어가 절대적인 위치를 언급하고 있는 것으로 이해하여서는 아니된다.
또한, 본 명세서에서는 각 도면의 각 구성 요소에 대해서 그 도면 부호를 명기함에 있어서, 동일한 구성 요소에 대해서는 이 구성 요소가 비록 다른 도면에 표시되더라도 동일한 도면 부호를 가지고 있도록, 즉 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지시하고 있다.
본 명세서에 첨부된 도면에서 본 발명을 구성하는 각 구성 요소의 크기, 위치, 결합 관계 등은 본 발명의 사상을 충분히 명확하게 전달할 수 있도록 하기 위해서 또는 설명의 편의를 위해서 일부 과장 또는 축소되거나 생략되어 기술되어 있을 수 있고, 따라서 그 비례나 축척은 엄밀하지 않을 수 있다.
또한, 이하에서, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성, 예를 들어, 종래 기술을 포함하는 공지 기술에 대해 상세한 설명은 생략될 수도 있다.
이하, 본 발명의 실시 예에 대해 관련 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
기존의 화학 에칭 방식은 인바 금속의 양면에 포토 레지스트를 코팅하고, 노광, 현상하여 UV 조사가 차단된 영역의 포토 레지스트를 제거하고 에칭 영역만 노출시킨 후, 노출된 영역에 에칭 공정을 수행하여 관통홀을 생성한다.
이러한 기존의 화학 에칭 방식은 필연적으로 에칭시 포토 레지스트 경계면에 에칭액이 침투되고, 관통홀 에칭시 홀 내에 둔턱이 생성된다.
FMM의 피증착 대상인 유리 기판과 밀착되는 상단 표면의 작은 홀은 유리 기판의 증착 위치와 사이즈 등을 제공하는 증발 유기물 기체 분자 출구에 해당하므로 형상과 크기가 균일하여야 하고, 편차가 없어야 한다.
또한, 관통홀 내의 둔턱이 없어서 그림자 현상 발생을 억제할 수 있어야 한다.
단순한 화학 에칭 방식으로는 초고해상도 급의 제조가 불가능하므로, 본 발명에서는 기존 화학 에칭 방법에 전기 도금 방법을 접목시킨 새로운 개념의 방식을 제공한다.
전기 도금 방식으로는 기판에 밀착되는 인바 금속 상단의 작은 홀(증발된 유기물 기체 분자의 출구)을 도금 방식으로 오링 형태의 보호 댐을 형성하고, 그 이후에 화학 에칭을 수행한다.
상단 홀의 오링 보호 댐은 도금 공정 후 에칭에 사용되는 염화 제 2 철(FeCl3) 에칭액에 의해 부식되지 않는 금속이어야 하며, 바람직하게는 금(Au), 티타늄(Ti), 금 합금 또는 티타늄 합금을 사용한다.
본 발명은 기존의 화학 에칭 방식의 한계를 극복할 수 있는 방법으로 선행적으로 전기 도금 방식으로 상단 출구홀을 형성시키는 하이브리드 방법을 제공한다.
환언하면, 본 발명에 따른 초고해상도 급 증착용 FMM 제조 방법은, 인바 금속의 양면에 포토 레지스트를 코팅하고, 노광, 현상하여 UV 조사가 차단된 영역의 포토 레지스트를 제거하여 에칭 영역만 노출시키는 단계와, 노출된 에칭 영역에 전기 도금을 수행하여 오링 형태의 보호 댐을 형성하는 단계와, 보호 댐이 형성된 인바 금속에 에칭 공정을 수행하여 관통홀을 생성하는 단계를 포함한다.
여기서, 상단 보호 댐은 금(Au), 티타늄(Ti), 금 합금 또는 티타늄 합금 중 어느 하나에 의해 전기 도금될 수 있다.
이러한 보호 댐은 0.2 ~ 0.3 ㎛ 두께의 도금층으로 형성된다.
한편, 에칭액은 염화 제 2 철(FeCl3) 용액을 사용하고, 에칭액의 비중은 1.40 ~ 1.43 이며, 온도는 50 ~ 55 ℃이고, 분사 압력은 2.5 ~ 3.0 ㎏ / ㎝ 일 수 있다.
도 7은 전기 도금(Electro Plating) 방법으로 상단 홀 보호 댐 역할의 오링 금도금층을 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명은 OLED 진공 증착 공정에서 핵심 공정인 발광층 R, G, B 증착에 사용되는 FMM을 제조하는 방법에 관한 것으로 종래의 화학 에칭 방법에 의하면 화소 밀도 500 ~ 600 PPI 고해상도 급 FMM까지 제조 가능하며, 그 이상은 기술적인 난이도로 인해 한계가 있어 왔다.
본 발명은 화소 밀도 800 ~ 1500 PPI 초고해상도 급 FMM를 제조할 수 있는 새로운 개념의 제조 방법이다.
유리 기판과 밀착되는 FMM 상단의 홀의 형상과 크기의 균일성이 유지되고, 둔턱 생성을 억제하여 그림자 효과를 방지함으로써 초고해상도 급 FMM를 제조 가능하게 할 수 있음을 확인할 수 있다.
즉, 유리 기판과 밀착되는 인바 금속의 상단 홀의 형상과 크기의 균일성을 형성하기 위해 인바 상단 표면에 금 전기 도금으로 오링 모양의 도금층을 두께 0.2 ~ 0.3 ㎛로 형성한 후, 에칭하는 경우에 생성된 오링의 금 도금층은 에칭 공정에서 전혀 영향을 받지 않는다.
인바 금속에 액상 포토 레지스트(Liquid Photo Resist)를 3 ~ 4 ㎛ 코팅하고, 제작을 원하는 화소 밀도 PPI에 해당하는 글래스 마스크(Glass Mask)를 이용하여, 노광, 현상 후, 금 도금을 실시하였으므로 생성된 홀은 원하는 형상과 칫수가 동일하여 편차가 거의 없는 홀을 형성할 수 있으며, 초고해상도 급인 10 ㎛ 이하의 관통홀이 형성될 수 있다.
인바 금속 에칭은 염화 제 2 철(FeCl3) 용액을 사용하고 용액의 비중은 1.40 ~ 1.43 이며, 온도는 50 ~ 55 ℃이고, 에칭액의 분사 압력은 2.5 ~ 3.0 ㎏ / ㎝ 이다.
도 8은 본 발명의 구체적인 처리 과정(Process)을 나타내는 도면이고, 도 9는 본 발명의 오링 페턴과 제조가능한 PPI를 나타내는 도면이다.
여기서, 도 9는 선택한 금 도금이 오링의 패턴에 따라서 800 ~ 1500 PPI까지 제작 가능함을 보여준다.
본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하면 도 8과 같다.
도 8을 참조하면, 인바 금속 표면을 산세 또는 알카리 탈지 공정으로 세정한 후 건조한다.
원하는 화소 생성에 맞는 두께의 인바 금속을 선택(도 8의 ①)한다.
철 64 / 니켈 36 인바 금속은 물론 니켈 42 합금이나 니켈 32 / 코발트 5의 수퍼(Super) 인바 금속도 사용할 수 있다.
인바 금속 표면에 액상 포토 레지스트를 3 ~ 4 ㎛ 두께로 코팅(도 8의 ②)한다.
코팅 후 노광 전 110 ℃, 90 초(sec)로 소프트 베이킹(Soft Baking)을 수행한다.
음각(Negative)이나 양각(Positive)을 모두 사용할 수 있으며, 본 발명에서는 Merck사 Negative LPR AZ2035를 사용하였지만 이에 한정되는 것은 아니며, 조건에 따라 다양한 액상 포토 레지스트를 사용할 수도 있다.
원하는 화소의 패턴이 형성되어 있는 글래스 마스크를 사용하여 80 mj / ㎠ 의 광량으로 노광한다.
상단 글래스 마스크는 인바 금속 박판의 기판면의 패턴용이고, 하단용 글래스 마스크는 증발원 면의 패턴으로 상단보다 홀의 직경을 크게 하는데, 이는 증착 시 관통홀 속으로 증발된 유기물 기체 분자의 유입을 용이하게 하기 위함이다.
노광 후 110 ℃, 60 초로 포스트 베이킹(Post Baking)을 실시한다.
그 후, 수산화테트라메틸암모늄(TMAH) 기반의 현상액으로 현상하면 오링 형태가 노출(도 8의 ③, ④를 통해 노출)된다.
상단 오링에 전기 도금을 수행한다.
에칭 공정에서 에칭액인 염화 제 2 철(FeCl3) 용액에서 부식되지 않는 금속을 사용해야 하며, 금(Au), 티탄(Ti), 금 합금 또는 티탄 합금 등이 해당한다.
본 발명에서는 금 전기 도금을 수행한다.
금 도금은 전해 금도금 또는 무전해 금도금 모두 가능하고, 전해 금도금인 경우 시안화 금도금, 아황산 금도금, 기타 비시안금도금 모두 사용할 수 있다.
본 발명은 시안화 금도금 용액을 사용한다.
시안화 금 칼륨(8g / L), 인산 칼륨(50g / L), 옥살산 칼륨(30G / L), 도금 용액의 전류 밀도는 1.0 ~ 3.0 A / d㎡, 온도는 50 ~ 70 ℃, pH는 5.5 ~ 7.5에서 2 ~ 3분 전기 도금을 실시하여 두께 0.2 ~ 0.3 ㎛의 금도금을 수행(도 8의 ⑤, ⑥)할 수 있다.
오링의 도금 두께를 좀더 두꺼운 1 ~ 5 ㎛로 원하는 경우에는, 인바 금속 표면에 1차로 하지 니켈(Ni) 전기 도금을 1 ~ 5 ㎛ 실시한 후에 금 전기 도금을 0.2 ~ 0.3 ㎛ 실시할 수 있다.
금 전기 도금 후 인바 금속 표면의 상단과 하단을 동시 에칭 또는 2회 에칭 방법을 수행한다.
본 발명에서는 2회 에칭 방법을 사용한다.
1차 인바 금속 표면의 상단(기판면) 에칭을 2 ~ 3 ㎛ 정도 수행한 후, 다시 2차로 하단(증발원 면) 에칭을 수행하며 에칭액은 염화 제 2 철(FeCl3)을 사용하고, 비중은 1.36 ~ 1.40, 온도는 50 ~ 55℃, 에칭액의 스프레이(Spray) 압력은 2 ~ 3 ㎏ / ㎠ 조건에서 수행한다.
에칭시에 도금된 오링 금 도금층 하단에 정확히 관통되도록 하여야 하며 이 때 둔턱 발생을 최소화(도 8의 ⑦ ~ ⑬)하여야 한다.
환언하면, 본 발명에 따른 초고해상도 급 증착용 FMM 제조 방법은, 원하는 화소 생성에 맞는 두께의 인바 금속을 선택하는 단계와, 인바 금속 표면에 액상 포토 레지스트를 3 ~ 4 ㎛ 두께로 코팅하는 단계와, 원하는 화소의 패턴이 형성되어 있는 글래스 마스크를 사용하여 인바 금속을 노광 및 현상하고, UV 조사가 차단된 영역의 액상 포토 레지스트를 제거하여 오링 형태의 에칭 영역만 노출시키는 단계와, 노출된 에칭 영역에 전기 도금을 수행하여 오링 형태의 보호 댐을 형성하는 단계와, 보호 댐이 형성된 인바 금속에 에칭 공정을 수행하여 관통홀을 생성하는 단계를 포함한다.
이때, 액상 포토 레지스트를 코팅 후 인바 금속을 노광하기 이전에 인바 금속에 110 ℃, 90 초(sec)로 소프트 베이킹(Soft Baking)을 수행하고, 노광 후 110 ℃, 60 초로 인바 금속에 포스트 베이킹(Post Baking)을 수행할 수 있다.
또한, 인바 금속의 하단에 적층되는 글래스 마스크에 형성되는 홀의 직경 패턴은 상단에 적층되는 글래스 마스크에 형성되는 홀의 직경 패턴보다 큰 것이 바람직하다.
한편, 상단 보호 댐은 금(Au), 티타늄(Ti), 금 합금 또는 티타늄 합금 중 어느 하나에 의해 전기 도금되며, 금 도금은 전해 금도금 또는 무전해 금도금을 통해 도금되고, 전해 금도금은 시안화 금도금, 아황산 금도금, 비시안금도금 중 하나를 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 초고해상도 급 증착용 FMM은 초고해상도 급 증착용 FMM 제조 방법에 의해 제조될 수 있다.
- 실시예 1 - 3 -
본 발명은 화소 800 PPI 이상의 FMM을 제조하기 위해 화학 에칭 방법 수행 전에 전기 도금 방법으로 상단에 오링을 형성시키는 하이브리드 제조 방법이다.
상술한 바와 같이 본 발명의 핵심은 전기 도금으로 인바 금속 박판 상단 기판면의 유기물 기체 분자의 출구를 0.2 ~ 0.3 ㎛ 금 도금층을 구축하여 오링 형태의 보호 댐을 형성하는 것이다.
전기 도금은 후공정에서 사용하는 염화 제 2 철(FeCl3) 에칭액에 부식되지 않는 금속을 사용해야 하고 본 발명에서는 금을 사용한다.
금 도금 두께는 0.2 ~ 0.3 ㎛ 가 적당하다.
필요시에 먼저 하지 니켈 도금을 1 ~ 5 ㎛ 수행한 후, 금도금을 0.2 ~ 0.3 ㎛ 도금할 수 있다.
도 9은 금 도금 패턴에 따른 FMM의 화소를 나타낸 것이다.
본 발명의 제 1 실시예(1번), 제 2 실시예(2번), 제 3 실시예(3번)는 각각 도 9의 9, 4, 3의 패턴을 사용하였다.
도 8에 따른 공정 순서에서와 같이 인바 금속 표면에 액상 포토 레지스트를 코팅한 후 노광, 현상 후에 도 9의 9번과, 4번과, 3번에 해당하는 글래스 마스크를 이용하여 노광, 현상 후 노출된 인바 표면에 오링의 금 전기 도금을 실시하고 이어서 화학 에칭으로 관통홀을 완성한다.
제 1 실시예는 화소 밀도 1058 PPI, 제 2 실시예는 화소 밀도 847 PPI, 제 3 실시예는 화소 밀도 794 PPI 초고해상도 급의 증착용 FMM를 획득할 수 있었다.
도 10은 본 발명 실시예에 따라 생성된 관통홀을 나타내는 도면이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 3개의 실시예에서는 도 10과 같이 균일한 관통홀이 형성되었으며, 초고해상도 급 FMM를 획득할 수 있다.
도 10은 전자 현미경(SEM : Scanning Electron Microscope)으로 1600배, 4000배 확대한 이미지이다.
실시예의 PPI, SH(둔턱), SD(그림자 거리), HS(홀 크기)는 표 2와 같다.
[표 2]
이상, 일부 예를 들어서 본 발명의 바람직한 여러 가지 실시 예에 대해서 설명하였지만, 본 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 항목에 기재된 여러 가지 다양한 실시 예에 관한 설명은 예시적인 것에 불과한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이상의 설명으로부터 본 발명을 다양하게 변형하여 실시하거나 본 발명과 균등한 실시를 행할 수 있다는 점을 잘 이해하고 있을 것이다.
또한, 본 발명은 다른 다양한 형태로 구현될 수 있기 때문에 본 발명은 상술한 설명에 의해서 한정되는 것이 아니며, 이상의 설명은 본 발명의 개시 내용이 완전해지도록 하기 위한 것으로 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항에 의해서 정의될 뿐임을 알아야 한다.
Claims (10)
- 인바 금속의 양면에 포토 레지스트를 코팅하고, 노광, 현상하여 UV 조사가 차단된 영역의 상기 포토 레지스트를 제거하여 에칭 영역만 노출시키는 제 1 단계;
노출된 상기 에칭 영역에 전기 도금을 수행하여 오링(O-Ring) 형태의 보호 댐을 형성하는 제 2 단계; 및
상기 보호 댐이 형성된 인바 금속에 에칭 공정을 수행하여 관통홀을 생성하는 제 3 단계;를 포함하며,
상기 보호 댐은 금(Au), 티타늄(Ti), 금 합금 또는 티타늄 합금 중 어느 하나에 의해 전기 도금되는 것을 특징으로 하는,
초고해상도 급 증착용 FMM 제조 방법.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 보호 댐은 0.2 ~ 0.3 ㎛ 두께의 금도금 도금층으로 형성되며, 필요시 하지 니켈 도금은 1 ~ 5 ㎛ 두께의 도금층을 형성하는 것을 특징으로 하는,
초고해상도 급 증착용 FMM 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 에칭 공정에서 사용하는 에칭액은 염화 제 2 철(FeCl3) 용액을 사용하며, 상기 에칭액의 비중은 1.40 ~ 1.43 이며, 온도는 50 ~ 55 ℃이고, 분사 압력은 2.5 ~ 3.0 ㎏ / ㎝ 인 것을 특징으로 하는,
초고해상도 급 증착용 FMM 제조 방법.
- 원하는 화소 생성에 맞는 두께의 인바 금속을 선택하는 제 1 단계;
상기 인바 금속 표면에 액상 포토 레지스트를 3 ~ 4 ㎛ 두께로 코팅하는 제 2 단계;
원하는 화소의 패턴이 형성되어 있는 글래스 마스크를 사용하여 상기 인바 금속을 노광 및 현상하고, UV 조사가 차단된 영역의 상기 액상 포토 레지스트를 제거하여 오링(O-Ring) 형태의 에칭 영역만 노출시키는 제 3 단계;
노출된 상기 에칭 영역에 전기 도금을 수행하여 오링 형태의 보호 댐을 형성하는 제 4 단계; 및
상기 보호 댐이 형성된 인바 금속에 에칭 공정을 수행하여 관통홀을 생성하는 제 5 단계;를 포함하며,
상기 보호 댐은 금(Au), 티타늄(Ti), 금 합금 또는 티타늄 합금 중 어느 하나에 의해 전기 도금되는 것을 특징으로 하는,
초고해상도 급 증착용 FMM 제조 방법.
- 삭제
- 제 5 항에 있어서,
상기 코팅 후 상기 노광 전 상기 인바 금속에 110 ℃, 90 초(sec)로 소프트 베이킹(Soft Baking)을 수행하고,
상기 노광 후 110 ℃, 60 초로 상기 인바 금속에 포스트 베이킹(Post Baking)을 수행하는 것을 특징으로 하는,
초고해상도 급 증착용 FMM 제조 방법.
- 제 5 항에 있어서,
상기 인바 금속의 하단에 적층되는 글래스 마스크에 형성되는 홀의 직경 패턴은 상단에 적층되는 글래스 마스크에 형성되는 홀의 직경 패턴보다 큰 것을 특징으로 하는,
초고해상도 급 증착용 FMM 제조 방법.
- 제 5 항에 있어서,
상기 전기 도금에 의해서 얻어지는 금 도금은 전해 금도금 또는 무전해 금도금을 통해 도금되고,
상기 전해 금도금은 시안화 금도금, 아황산 금도금, 비시안 금도금 중 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는,
초고해상도 급 증착용 FMM 제조 방법.
- 제 1 항, 제 3 항 내지 제 5 항, 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 초고해상도 급 증착용 FMM 제조 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는,
초고해상도 급 증착용 FMM.
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| KR20180005718A (ko) | 2016-04-14 | 2018-01-16 | 도판 인사츠 가부시키가이샤 | 증착 마스크용 기재, 증착 마스크용 기재의 제조 방법, 및, 증착 마스크의 제조 방법 |
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2022
- 2022-07-12 KR KR1020220085814A patent/KR102501481B1/ko active IP Right Grant
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