KR20230108681A - 마스크의 인장력 제어 방법 및 프레임 일체형 마스크의 제조 방법 - Google Patents

마스크의 인장력 제어 방법 및 프레임 일체형 마스크의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마스크의 인장력 제어 방법 및 프레임 일체형 마스크의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크의 인장력 제어 방법은, 프레임과 복수의 마스크가 연결된 프레임 일체형 마스크를 제조하는 과정에서 마스크의 인장력을 제어하는 방법으로서, (a) 압연 공정으로 제조한 마스크 금속막의 두께 방향의 내부 응력 분포를 판단하는 단계; (b) 두께 방향의 내부 응력 분포에 따라 상기 마스크 금속막의 적어도 일면의 두께를 감축하는 단계; (c) 상기 마스크 금속막에 복수의 마스크 패턴을 형성하여 마스크를 준비하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

마스크의 인장력 제어 방법 및 프레임 일체형 마스크의 제조 방법 {CONTROL METHOD OF MASK TENSION AND PRODUCING METHOD OF MASK INTERGRATED FRAME}
본 발명은 마스크의 인장력 제어 방법 및 프레임 일체형 마스크의 제조 방법에 관한 것이다.
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, 마스크 금속막의 내부 응력 분포를 고려하여 필요한 인장력에 맞는 부분을 사용하여 프레임 일체형 마스크를 제조할 수 있는 마스크의 인장력 제어 방법 및 프레임 일체형 마스크의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 마스크의 측면에 직접적으로 인장력을 가하지 않고 내부 응력으로 인장력을 작용시킬 수 있는 마스크의 인장력 제어 방법 및 프레임 일체형 마스크의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 상기의 목적은, 프레임과 복수의 마스크가 연결된 프레임 일체형 마스크를 제조하는 과정에서 마스크의 인장력을 제어하는 방법으로서, (a) 압연 공정으로 제조한 마스크 금속막의 두께 방향의 내부 응력 분포를 판단하는 단계; (b) 두께 방향의 내부 응력 분포에 따라 상기 마스크 금속막의 적어도 일면의 두께를 감축하는 단계; (c) 상기 마스크 금속막에 복수의 마스크 패턴을 형성하여 마스크를 준비하는 단계;를 포함하는, 마스크의 인장력 제어 방법에 의해 달성된다.
상기 (b) 단계는 아래 (1) 내지 (3) 중 어느 하나의 방법으로 수행할 수 있다. (1) 상부면으로부터 소정 두께를 감축한 마스크 금속막, (2) 하부면으로부터 소정 두께를 감축한 마스크 금속막, (3) 상부면 및 하부면으로부터 소정 두께를 감축한 마스크 금속막.
상기 (3)의 경우, 상부면과 하부면으로부터 감축된 두께는 서로 상이할 수 있다.
상기 (c) 단계에서, 상기 마스크 금속막이 임시접착부를 개재하여 템플릿 상에 접착된 상태로 복수의 상기 마스크 패턴을 형성할 수 있다.
상기 (a) 단계에서, 상기 마스크 금속막은 두께 방향 기준으로 상부 및 하부는 압축응력 구간을 포함하고, 중간부는 인장응력 구간을 포함할 수 있다.
상기 (b) 단계에서 두께를 감축한 상기 마스크 금속막에서 압축응력 구간의 비율이 인장응력 구간의 비율보다 커질수록, 상기 템플릿 상에서 상기 마스크의 측면 방향으로의 인장력이 커질 수 있다.
상기 (b) 단계에서 두께를 감축한 상기 마스크 금속막에서 압축응력 구간의 비율이 인장응력 구간의 비율보다 크면, 상기 (c) 단계 이후에 상기 마스크가 초기 디자인값보다 적어도 일측면으로 더 신장된 상태로 상기 템플릿 상에 접착된 상태를 나타낼 수 있다.
상기 (b) 단계에서 두께를 감축한 상기 마스크 금속막에서 인장응력 구간의 비율이 압축응력 구간의 비율보다 크면, 상기 (c) 단계 이후에 상기 마스크가 초기 디자인값보다 적어도 일측면으로 더 수축된 상태로 상기 템플릿 상에 접착된 상태를 나타낼 수 있다.
그리고, 본 발명의 상기의 목적은, OLED 화소 형성용 마스크가 프레임에 일체로 형성된 프레임 일체형 마스크의 제조 방법으로서, (a) 압연 공정으로 제조한 마스크 금속막의 두께 방향의 내부 응력 분포를 판단하는 단계; (b) 상기 마스크 금속막을 임시접착부를 개재하여 템플릿 상에 접착하는 단계; (c) 두께 방향의 내부 응력 분포에 따라 상기 마스크 금속막의 적어도 일면의 두께를 감축하는 단계; (d) 상기 마스크 금속막에 복수의 마스크 패턴을 형성하여 마스크를 준비하는 단계; (e) 마스크를 프레임에 연결하는 단계;를 포함하는, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법에 의해 달성된다.
(f) 템플릿을 마스크로부터 분리하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 (a) 단계에서, 상기 마스크 금속막은 두께 방향 기준으로 상부 및 하부는 압축응력 구간을 포함하고, 중간부는 인장응력 구간을 포함하며, 상기 (b) 단계에서 두께를 감축한 상기 마스크 금속막에서 압축응력 구간의 비율이 인장응력 구간의 비율보다 커질수록, 상기 템플릿 상에서 상기 마스크의 측면 방향으로의 인장력이 커질 수 있다.
상기 (b) 단계에서 두께를 감축한 상기 마스크 금속막에서 압축응력 구간 및 인장응력 구간의 비율을 제어함에 따라, 상기 (f) 단계 이후 마스크가 프레임에 가하는 장력을 제어할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 마스크 금속막의 내부 응력 분포를 고려하여 필요한 인장력에 맞는 부분을 사용하여 프레임 일체형 마스크를 제조할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 마스크의 측면에 직접적으로 인장력을 가하지 않고 내부 응력으로 인장력을 작용시킬 수 있는 효과가 있다.
물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 종래의 마스크를 프레임에 부착하는 과정을 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 일체형 마스크를 나타내는 정면도 및 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크를 나타내는 개략도이다.
도 4 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 템플릿 상에 마스크 금속막을 접착하고 마스크를 형성하여 마스크 지지 템플릿을 제조하는 과정을 나타내는 개략도이다.
도 6은 비교예에 따른 템플릿의 열팽창계수가 마스크보다 높은 경우의 문제점을 나타내는 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 템플릿의 열팽창계수가 마스크보다 낮은 경우의 마스크와 템플릿의 계면 상태 및 마스크가 프레임에 부착된 상태를 나타내는 개략도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 온도의 변화에 대한 마스크 금속막, 템플릿의 신장 상태를 나타내는 개략도이다.
도 9는 본 발명의 일 실험예에 따른 마스크의 초기 디자인한 크기와 공정 후의 크기를 비교한 데이터이다.
도 10은 본 발명의 일 실험예에 따른 공정 전후 마스크의 토탈 피치(total pitch) 측정 방법을 나타내는 개략도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 템플릿을 프레임 상에 로딩하여 마스크를 프레임의 셀 영역에 대응시키는 상태를 나타내는 개략도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크를 프레임에 부착한 후 마스크와 템플릿을 분리하는 과정을 나타내는 개략도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크를 프레임의 셀 영역에 부착한 상태를 나타내는 개략도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 압연 공정으로 마스크 금속막을 제조하는 과정을 나타내는 개략도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 압연 공정으로 제조한 마스크 금속막과 마스크 금속막 및 템플릿이 접착된 상태에서의 내부 응력 모델을 나타내는 개략도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크의 토탈 피치(total pitch; TP) 변화를 나타내는 개략도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크의 프레임에 용접 전후 TP 변화를 나타내는 개략도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크의 프레임 용접 후 안정 상태를 기준으로 각 단계의 인장량을 나타내는 개략도이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크 금속막을 인장력에 맞게 적용하는 방법을 나타내는 개략도이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크 금속막의 내부 응력 분포를 고려하여 적어도 일면의 두께를 감축하는 과정을 나타내는 개략도이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 압연 공정으로 제조한 마스크 금속막의 인장 방향 및 폭 방향에서 내부 응력 분포 상태를 나타내는 개략도이다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 응력 분포에 따라 마스크를 적용한 샘플을 나타내는 개략도이다.
도 23은 도 22의 샘플에 대한 마스크의 초기 디자인한 크기와 공정 후의 크기를 비교한 데이터이다.
도 24는 도 22의 샘플에 대한 내부 응력 분포에 따른 마스크 측면으로의 필요 인장량을 나타내는 그래프이다.
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 마스크(10)를 프레임(20)에 부착하는 과정을 나타내는 개략도이다.
종래의 마스크(10)는 스틱형(Stick-Type) 또는 판형(Plate-Type)이며, 도 1의 스틱형 마스크(10)는 스틱의 양측을 OLED 화소 증착 프레임에 용접 고정시켜 사용할 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.
도 1의 (a)를 참조하면, 스틱 마스크(10)의 장축 방향으로 인장력(F1~F2)을 가하여 편 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.
도 1의 (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 1의 (c)는 상호 연결된 스틱 마스크(10)와 프레임의 측단면을 나타낸다.
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~C6)들의 패턴 간에 거리가 상호 다르게 되거나, 패턴(P)들이 비뚤어지는 것이 그 예이다. 스틱 마스크(10)는 복수의 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. 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, 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 장력(tension)을 작용할 수 있다. 이러한 장력이 프레임(20)을 미세하게 변형시킬 수 있고, 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.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 일체형 마스크를 나타내는 정면도[도 2의 (a)] 및 측단면도[도 2의 (b)]이다.
본 명세서에서는 아래에서 프레임 일체형 마스크의 구성을 간단히 설명하나, 프레임 일체형 마스크의 구조, 제조 과정은 한국특허출원 제2018-0016186호의 내용이 전체로서 산입된 것으로 이해될 수 있다.
도 2를 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 부착한 형태이다. 이하에서는, 설명의 편의상 사각 형태의 마스크(100)를 예로 들어 설명하나, 마스크(100)들은 프레임(200)에 부착되기 전에는 양측에 클램핑되는 돌출부를 구비한 스틱 마스크 형태일 수 있으며, 프레임(200)에 부착된 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.
마스크(100)는 인바(invar), 슈퍼 인바(super invar), 니켈(Ni), 니켈-코발트(Ni-Co) 등의 재질일 수도 있다. 마스크(100)는 압연(rolling) 공정 또는 전주 도금(electroforming)으로 생성한 금속 시트(sheet)를 사용할 수 있다.
프레임(200)은 복수의 마스크(100)를 부착시킬 수 있도록 형성된다. 프레임(200)은 열변형을 고려하여 마스크와 동일한 열팽창계수를 가지는 인바, 슈퍼 인바, 니켈, 니켈-코발트 등의 재질로 구성되는 것이 바람직하다. 프레임(200)은 대략 사각 형상, 사각틀 형상의 테두리 프레임부(210)를 포함할 수 있다. 테두리 프레임부(210)의 내부는 중공 형태일 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 테두리 시트부(221) 및 제1, 2 그리드 시트부(223, 225)로 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 프레임부(210)의 두께는 마스크 셀 시트부(220)의 두께보다 두꺼운 수mm 내지 수cm의 두께로 형성될 수 있다. 마스크 셀 시트부(220)는 테두리 프레임부(210)의 두께보다는 얇지만, 마스크(100)보다는 두꺼운 약 0.1mm 내지 1mm 정도로 두께일 수 있다. 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.
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 부착될 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 부착될 수 있다. 이에 따라, 마스크(100)와 프레임(200)이 일체형 구조를 이룰 수 있게 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크(100)를 나타내는 개략도이다.
마스크(100)는 복수의 마스크 패턴(P)이 형성된 마스크 셀(C) 및 마스크 셀(C) 주변의 더미(DM)를 포함할 수 있다. 압연 공정, 전주 도금 등으로 생성한 금속 시트로 마스크(100)를 제조할 수 있고, 마스크(100)에는 하나의 셀(C)이 형성될 수 있다. 더미(DM)는 셀(C)을 제외한 마스크 막(110)[마스크 금속막(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 부착될 수 있다.
마스크 패턴(P)의 폭은 40㎛보다 작게 형성될 수 있고, 마스크(100)의 두께는 약 5~20㎛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 4의 (a)를 참조하면, 템플릿(template; 50)을 제공할 수 있다. 템플릿(50)은 마스크(100)가 일면 상에 부착되어 지지된 상태로 이동시킬 수 있는 매개체이다. 템플릿(50)의 일면은 평평한 마스크(100)를 지지하여 이동시킬 수 있도록 평평한 것이 바람직하다. 중심부(50a)는 마스크 금속막(110)의 마스크 셀(C)에 대응하고, 테두리부(50b)는 마스크 금속막(110)의 더미(DM)에 대응할 수 있다. 마스크 금속막(110)이 전체적으로 지지될 수 있도록 템플릿(50)의 크기는 마스크 금속막(110)보다 면적이 큰 평판 형상일 수 있다.
템플릿(50)은 템플릿(50)의 상부에서 조사하는 레이저(L)가 마스크(100)의 용접부(용접을 수행할 영역)에까지 도달할 수 있도록, 템플릿(50)에는 레이저 통과공(51)이 형성될 수 있다. 레이저 통과공(51)은 용접부의 위치 및 개수에 대응하도록 템플릿(50)에 형성될 수 있다. 용접부(WP)는 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, 용접부(WP)는 마스크(100)의 양측(좌측/우측) 더미(DM) 부분에 소정 간격을 따라 복수개 배치되어 있으므로, 레이저 통과공(51)도 템플릿(50)이 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 마스크(100)와 템플릿(50)을 정렬할 때 얼라인 마크를 대신하여 사용할 수도 있다. 만약, 템플릿(50)의 재질이 레이저(L) 광에 투명하다면 레이저 통과공(51)을 형성하지 않을 수도 있다.
템플릿(50)의 일면에는 임시접착부(55)가 형성될 수 있다. 임시접착부(55)는 마스크(100)가 프레임(200)에 부착되기 전까지 마스크(100)[또는, 마스크 금속막(110)]이 임시로 템플릿(50)의 일면에 접착되어 템플릿(50) 상에 지지되도록 할 수 있다.
임시접착부(55)는 열을 가함에 따라 분리가 가능한 접착제, UV 조사에 의해 분리가 가능한 접착제를 사용할 수 있다.
일 예로, 임시접착부(55)는 액체 왁스(liquid wax)를 사용할 수 있다. 액체 왁스는 반도체 웨이퍼의 폴리싱 단계 등에서 이용되는 왁스와 동일한 것을 사용할 수 있고, 그 유형이 특별히 한정되지는 않는다. 액체 왁스는 주로 유지력에 관한 접착력, 내충격성 등을 제어하기 위한 수지 성분으로 아크릴, 비닐아세테이트, 나일론 및 다양한 폴리머와 같은 물질 및 용매를 포함할 수 있다. 일 예로, 임시접착부(55)는 수지 성분으로 아크릴로나이트릴 뷰타디엔 고무(ABR, Acrylonitrile butadiene rubber), 용매 성분으로 n-프로필알코올을 포함하는 SKYLIQUID ABR-4016을 사용할 수 있다. 액체 왁스는 스핀 코팅을 사용하여 임시접착부(55) 상에 형성할 수 있다.
액체 왁스인 임시접착부(55)는 85℃~100℃보다 높은 온도에서는 점성이 낮아지고, 85℃보다 낮은 온도에서 점성이 커지고 고체처럼 일부 굳을 수 있어, 마스크 금속막(110')과 템플릿(50)을 고정 접착할 수 있다.
다음으로, 도 4의 (b)를 참조하면, 템플릿(50) 상에 마스크 금속막(110)을 접착할 수 있다. 액체 왁스를 85℃이상으로 가열하고 마스크 금속막(110)을 템플릿(50)에 접촉시킨 후, 마스크 금속막(110) 및 템플릿(50)을 롤러 사이에 통과시켜 접착을 수행할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 템플릿(50)에 약 120℃, 60초 동안 베이킹(baking)을 수행하여 임시접착부(55)의 솔벤트를 기화시키고, 곧바로, 마스크 금속막 라미네이션(lamination) 공정을 진행할 수 있다. 라미네이션은 임시접착부(55)가 일면에 형성된 템플릿(50) 상에 마스크 금속막(110')을 로딩하고, 약 100℃의 상부 롤(roll)과 약 0℃의 하부 롤 사이에 통과시켜 수행할 수 있다. 그 결과로, 마스크 금속막(110)이 템플릿(50) 상에서 임시접착부(55)를 개재하여 접촉될 수 있다.
템플릿(50)에 마스크 금속막(110)을 접착한 후에 마스크 금속막(110)의 일면을 평탄화 할 수도 있다. 압연 공정으로 제조된 마스크 금속막(110)은 평탄화 공정으로 두께를 감축시킬 수 있다. 그리고, 전주 도금 공정으로 제조된 마스크 금속막(110)도 표면 특성, 두께의 제어를 위해 평탄화 공정이 수행될 수 있다. 템플릿(50)에 접착 전에, 마스크 금속막(110)의 평탄화 공정을 수행할 수도 있다. 마스크 금속막(110)은 두께가 약 5㎛ 내지 20㎛일 수 있다.
한편, 마스크 금속막(11)을 식각하여 마스크 패턴(P)을 형성할 때, 식각액이 마스크 금속막(110)과 임시접착부(55)의 계면까지 진입하여 임시접착부(55)/템플릿(50)을 손상시키고, 마스크 패턴(P)의 식각 오차를 발생시키는 것을 방지할 필요가 있다. 이에 따라, 마스크 금속막(110)의 일면 상에 제1 절연부(23)를 형성한 상태로 템플릿(50)의 상부면에 마스크 금속막(110)을 접착할 수 있다. 즉, 제1 절연부(23)가 형성된 마스크 금속막(110)의 면을 템플릿(50)의 상부면에 대향되도록 할 수 있다. 마스크 금속막(110)과 템플릿(50)은 제1 절연부(23)와 임시접착부(55)를 개재하여 상호 접착될 수 있다.
제1 절연부(23)는 식각액에 식각되지 않는 포토레지스트 재질로 프린팅 방법 등을 사용하여 마스크 금속막(110) 상에 형성될 수 있다. 또한, 복수회 수행되는 습식 식각 공정에도 원형을 보존하기 위해서, 제1 절연부(23)는 경화성 네거티브 포토레지스트, 에폭시를 포함하는 네거티브 포토레지스트 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 일 예로, 에폭시 기반의 SU-8 포토레지스트, 블랙 매트릭스(black matrix) 포토레지스트를 사용하여 임시접착부(55)의 베이킹, 제2 절연부(25)의 베이킹[도 5의 (c) 참조] 등의 과정에서 같이 경화가 되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 제1 절연부(23)의 재질 특성에 의해 제2 절연부(25)[도 5의 (c) 참조]를 형성하고 복수의 후속적인 식각 공정이 수행되더라도 식각액에 의해서 녹지 않고 견딜 수 있다. 만약에, 제1 절연부(23)가 없으면, 식각액이 손상된 임시접착부(55)와 마스크 금속막(110)의 계면 사이로 진입할 수 있고, 마스크 패턴(P)의 하부를 더 식각하게 됨에 따라 패턴의 크기를 과다하게 크게 형성하거나, 국부적인 부정형의 결함을 유발할 수 있다. 본 발명은 제1 절연부(23)를 더 개재함에 따라, 수회의 공정으로 마스크 패턴(P)을 형성하는 과정에서 마스크 금속막(110)이 관통되더라도 패턴 폭이 더 확대되지 않고 절연부(25)의 패턴 폭을 유지할 수 있게 된다.
제1 절연부(23) 및 임시접착부(55)는 템플릿(50)의 상부면에 형성되는 것으로 도시하나, 반대로 마스크 금속막(110)의 하부면에 형성할 수도 있다. 또는, 템플릿(50), 마스크 금속막(110)에 제1 절연부(23), 임시접착부(55)를 각각 형성할 수도 있다.
다음으로, 도 5의 (c)를 참조하면, 마스크 금속막(110) 상에 패턴화된 절연부(25)[제2 절연부(25)]를 형성할 수 있다. 절연부(25)는 프린팅 법 등을 이용하여 포토레지스트 재질로 형성될 수 있다.
이어서, 마스크 금속막(110)의 식각을 수행할 수 있다. 건식 식각, 습식 식각 등의 방법을 제한없이 사용할 수 있고, 식각 결과 절연부(25) 사이의 빈 공간(26)으로 노출된 마스크 금속막(110)의 부분이 식각될 수 있다. 마스크 금속막(110)의 식각된 부분은 마스크 패턴(P)을 구성하고, 복수의 마스크 패턴(P)이 형성된 마스크(100)가 제조될 수 있다.
다음으로, 도 5의 (d)를 참조하면, 절연부(25)[제2 절연부(25)]를 제거하여 마스크(100)를 지지하는 템플릿(50)의 제조를 완료할 수 있다.
한편, 도 5의 (d)에서는 마스크 금속막(110)을 템플릿(50)에 접착한 후에 마스크 패턴(P)을 형성하는 과정을 설명하였으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 마스크 패턴(P)이 형성된 마스크(100)[도 3 참조]를 도 4의 (a) 및 (b) 과정을 통해 템플릿(50)에 접착하여 마스크(100)를 지지하는 템플릿(50)의 제조를 완료할 수도 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. 또한, 복수개의 마스크(100)의 각각을 지지하는 복수의 템플릿(50)을 구비할 수 있다.
도 6은 비교예에 따른 템플릿의 열팽창계수가 마스크보다 높은 경우의 문제점을 나타내는 개략도이다.
도 6의 (a)를 참조하면, 마스크 금속막(110)[또는, 마스크(100)]가 템플릿(50')과 접착되는 공정이 수행되는 공간의 공정 온도를 상온보다 높은 온도(T1)로 상승시킨다. 공정 온도(T1)는 상술한 임시접착부(55)의 점성이 낮아지는 85℃~100℃ 정도일 수 있다. 이어서, 베이킹으로 임시접착부(55)의 솔벤트를 기화시키고 마스크 금속막(110)을 템플릿(50') 상에 접착시킬 수 있다. 이어서, 공정 온도를 임시접착부(55)의 점성이 커지고 고체처럼 일부 굳을 수 있는 온도(T2)로 하강시킨다.
종래에는 템플릿(50')의 재질로 글래스(glass), 붕규산유리(borosilicate glass) 등을 사용하였다. 이 중 특히, 붕규산유리인 BOROFLOAT® 33은 열팽창계수가 약 3.3 X 10-6/℃으로 열팽창계수가 1.5~3 X 10-6/℃ 정도인 인바(invar) 마스크 금속막(110)과 열팽창계수 차이가 적어 마스크 금속막(110)의 제어 용이성으로 인해 많이 사용되었다.
마스크 금속막(110)보다 템플릿(50')의 열팽창계수가 높으므로, 도 6의 (a)와 같이 온도(T2)를 하강시킬때, 마스크 금속막(110)은 온도 변화에 의해서는 상대적으로 적은 정도(L2)만 수축하는 반면, 템플릿(50')은 상대적으로 큰 정도(L1; L1>L2)로 수축하게 된다. 동시에 템플릿(50')과 마스크 금속막(110)이 임시접착부(55)를 개재하여 잘 접착고정된 상태이므로, 마스크 금속막(110)은 원래 수축되는 정도(L2)보다 더 수축되려는 힘(CT)을 작용받게 된다. 더 수축되려는 힘(CT)은 템플릿(50')이 수축되는 정도(L1)가 마스크 금속막(110)의 수축되는 정도(L2)보다 크기 때문에 발생한다. 이에 따라, 마스크 금속막(110)은 측면 방향[마스크 금속막(110)의 내측]으로 압축력(CT)을 작용받는 상태로 템플릿(50') 상에 접착된다.
템플릿(50')의 열팽창계수가 마스크(100)[또는, 마스크 금속막(110)]보다 높은 경우에는 다음과 같은 문제가 발생할 수 있다.
도 6의 (b)를 참조하면, 도 6의 (a)의 템플릿(50')을 프레임(200)[또는, 테두리 시트부(221), 제1, 2 그리드 시트부(223, 225)]에 로딩하여 마스크(100)를 대응하고, 용접을 수행하여 용접비드(WB)를 형성함에 따라 프레임(200)에 마스크(100)를 부착할 수 있다.
그리고, 템플릿(50')을 마스크(100)로부터 분리할 수 있다. 하지만, 템플릿(50')을 마스크(100)로부터 분리함과 동시에 마스크(100)에 작용하고 있던 압축력(CT)이 해제되면서 마스크(100)의 정렬이 흐트러질 수 있다. 다시 말해, 마스크(100)의 양측이 바깥 방향으로 팽팽하게 당겨진 채로 프레임(200)에 부착되지 못하고, 주름지거나 쳐진 상태로 프레임(200)에 부착되는 문제점이 발생할 수 있다. 이는 마스크(100)의 정렬 오차, 셀(C)들간의 PPA 오차 등에 의한 제품 실패로 이어지게 된다.
따라서, 본 발명의 템플릿(50)은 마스크(100)[또는, 마스크 금속막(110)]보다 열팽창계수가 낮은 것을 특징으로 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 템플릿의 열팽창계수가 마스크보다 낮은 경우의 마스크와 템플릿의 계면 상태 및 마스크가 프레임에 부착된 상태를 나타내는 개략도이다.
도 7의 (a)를 참조하면, 도 6의 (a)와 같이 공정이 수행되는 공간의 공정 온도를 상온보다 높은 온도(T1)로 상승시키고, 마스크 금속막(110)[또는, 패턴(P) 형성이 완료된 마스크(100)]을 템플릿(50) 상에 접착시킬 수 있다. 이어서, 공정 온도를 임시접착부(55)의 점성이 커지고 고체처럼 일부 굳을 수 있는 온도(T2)로 하강시킬 수 있다.
마스크 금속(110)[또는, 마스크(100)]는 열팽창계수가 적어도 1보다는 인바, 슈퍼 인바, 니켈, 니켈-코발트 등의 재질일 수 있다. 반면, 템플릿(50)은 열팽창계수가 1보다 작을(0초과) 수 있다. 바람직하게는 열팽창계수가 0.55인 석영(quartz) 재질의 템플릿(50)을 사용할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.
마스크 금속막(110)보다 템플릿(50)의 열팽창계수가 낮으므로, 도 7의 (a)와 같이 온도(T2)를 하강시킬때, 템플릿(50)은 거의 수축되지 않거나, 상대적으로 마스크 금속막(110)보다 적은 정도로 수축하게 된다. 마스크 금속막(110)은 상대적으로 크게 수축[도 7(a)의 L2 정도 수축]할 수 있으나, 임시접착부(55)를 개재하여 템플릿(50) 상에 잘 접착되어 고정된 상태이므로 수축되지 못하고 수축되려는 내부 힘(IT)을 작용받게 된다. 다시 말해, 마스크 금속막(110)은 측면 방향으로 인장력(IT)을 작용 받아 팽팽한 상태로 템플릿(50) 상에 접착될 수 있다.
도 7의 (b)를 참조하면, 도 6의 (a) 상태로, 템플릿(50)을 프레임(200)[또는, 테두리 시트부(221), 제1, 2 그리드 시트부(223, 225)]에 로딩하여 마스크(100)를 대응하고, 용접을 수행하여 용접비드(WB)를 형성함에 따라 프레임(200)에 마스크(100)를 부착할 수 있다.
그리고, 템플릿(50)을 마스크(100)로부터 분리할 수 있다. 템플릿(50)이 분리됨과 동시에 마스크(100)에 작용하던 인장력(IT)이 해제되면서 마스크(100)의 양측을 팽팽하게 하는 장력(TS)으로 전환될 수 있다. 다시 말해, 마스크(100)의 원래 하강 온도(T2)에서 가질 길이보다 긴 길이로 당겨져 템플릿(50)에 접착된 상태이고, 이 상태 그대로 프레임(200)에 용접 부착되므로 당겨진 상태[자체적으로 주변의 마스크 셀 시트부(220)에 장력(TS)을 작용하는 상태]를 유지하게 될 수 있다. 따라서, 프레임(200) 상에서 마스크(100)가 팽팽하게 당겨진 채로 부착되므로, 주름, 변형 등이 발생하지 않게 된다. 이에 따라 마스크(100)의 정렬 오차, 셀(C)들간의 PPA 오차를 줄이는데 효과가 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 온도의 변화에 대한 마스크 금속막(110), 템플릿(50)의 신장 상태를 나타내는 개략도이다.
한편, 도 7과 같이 마스크 금속막(110)보다 템플릿(50)의 열팽창계수를 낮게 설정하여 마스크 금속막(110)[또는, 마스크(100)]에 내부 힘(IT)[또는, 인장력(IT)]을 작용할 수 있으나, 템플릿(50)에 마스크 금속막(110)을 접착하기 위해 상승시키는 온도가 85 ~ 100℃ 정도로 템플릿(50)과 마스크 금속막(110)의 열팽창 정도의 차이가 비교적 크지 않고, 임시접착부(55)의 접착 강도가 충분한 상태에서 접착을 수행하기 때문에 마스크 금속막(110)이 내포하는 인장력(IT)이 크지 않은 한계가 있다.
따라서, 본 발명은 도 8과 같이, 공정 온도를 도 7의 실시예에 비해 더 제어하여 마스크 금속막(110)이 늘어난 정도, 또는 인장력(IT)을 더 크게 하는 것을 특징으로 한다. 도 8의 (a)에서는 마스크 금속막(110)과 템플릿(50)의 신축 정도를 대비하기 위해 초기 길이를 동일하게 나타내지만, 템플릿(50)은 마스크 금속막(110)과 동일하거나, 더 클 수 있다.
도 8의 (a)를 참조하면, 약 25℃의 상온(Room Temperature; RT)에서 템플릿(50)과 마스크 금속막(110)[또는, 마스크 패턴(P)이 형성된 마스크(100)]를 준비한다. 제1 절연부(23)와 임시접착부(50)는 템플릿(50) 또는/및 마스크 금속막(110)의 일면에 형성될 수 있다.
이어서, 도 8의 (b)를 참조하면, 공정 온도를 임시접착부(55)의 접착 강도(push-pull strength)가 0 내지 5kgf/cm2가 되는 제1 공정 온도(TS1)로 상승시킬 수 있다. 제1 공정 온도(TS1)는 약 110 ~ 200℃일 수 있다. 제1 공정 온도(TS1)에서 임시접착부(55)가 0 내지 5kgf/cm2일때는 임시접착부(55)가 마스크 금속막(110)과 템플릿(50)을 접착시킬 수 있는 접착력이 없는 상태와 다름없게 된다. 즉, 임시접착부(55)의 점성이 없는 상태로 마스크 금속막(110)과 템플릿(50)이 접착되기 어려운 상태로서, 하중이 가해지거나 외부의 힘 없이도 매우 쉽게 마스크 금속막(110)과 템플릿(50)이 떨어질 수 있는 정도로 이해될 수 있다. 이에 따라, 마스크 금속막(110)과 템플릿(50)이 임시접착부(55)[및 제1 절연부(23)]를 개재하여 접촉만 될 뿐, 접착이 되지는 않는다. 마스크 금속막(110)은 임시접착부(55)에 장애받지 않고 온도 상승에 따라서 리니어(linear)하게 신장될 수 있다. 게다가, 마스크 금속막(110)보다 템플릿(50)의 열팽창계수가 낮으므로, 제1 공정 온도(TS1)에서 마스크 금속막(110)은 템플릿(50)이 신장되는 정도(L2)보다 상대적으로 크게 신장(L1)될 수 있다.
이어서, 도 8의 (c)를 참조하면, 마스크 금속막(110)과 템플릿(50)이 접촉된 상태로 공정 온도를 임시접착부(55)의 접착 강도가 적어도 5kgf/cm2보다 커지는 제2 공정 온도(TS2)로 하강시킬 수 있다. 제2 공정 온도(TS2)는 85 ~ 100℃도보다 낮고, 상온보다는 높은 온도일 수 있다. 제2 공정 온도(TS2)에서 임시접착부(55)에 접착력이 나타남에 따라 마스크 금속막(110)과 템플릿(50)이 접착될 수 있다. 온도 하강에 따라 템플릿(50)은 수축(L2->L3)되고, 마스크 금속막(110)도 이에 대응하게 수축될 수 있다.
다만, 도 8의 (b) 단계에서 (c) 단계로 공정 온도가 하강(TS1 -> TS2) 할때, 임시접착부(55)가 먼저 식어서 굳게 되고, 마스크 금속막(110)은 임시접착부(55)보다는 온도 하강속도가 지연될 수 있다. 이에 따라, 마스크 금속막(110)이 도 7의 경우보다 더 길게 신장된 상태로 템플릿(50) 상에 접착될 수 있다. 다시 말해, 도 7처럼 상온(RT)에서 곧바로 제2 공정 온도(TS2)로 상승시킨 후에 마스크 금속막(110)과 템플릿(50)을 접착하는 것보다, 도 8처럼 상온(RT), 제2 공정 온도(TS2) 사이에 제1 공정 온도(TS1)로 온도를 상승시키는 단계를 더 추가함에 따라, 마스크 금속막(110)이 더 신장된 상태로 템플릿(50) 상에 접착되는 것을 구현할 수 있다. 상온(RT)에서 곧바로 제2 공정 온도(TS2)로 상승시킨 후에 마스크 금속막(110)과 템플릿(50)을 접착할 때에는 임시접착부(55)에 접착력이 상당히 존재하므로, 마스크 금속막(110)이 임시접착부(55)의 저항을 받아 온도 상승에 대해 리니어(linear)하게 신장되지 않을 수도 있다. 마스크 금속막(110)이 더 신장된다는 것은 템플릿(50) 상에 지지된 마스크 금속막(110)[또는, 마스크(100)]가 내포하는 인장력(IT)이 더 커진다는 것에 대응하며, 이후 공정에서 마스크(100)를 프레임(200)에 대응/부착한 후에도 마스크(100)가 더 팽팽한 상태를 가질 수 있다는 것을 의미한다.
이어서, 도 8의 (e)를 참조하면, 공정 온도를 상온(RT)으로 하강시킬 수 있다. 온도 하강에 따라 템플릿(50)은 수축(L3만큼)되고, 마스크 금속막(110)도 이에 대응하게 수축될 수 있다. 템플릿(50)은 도 8의 (a)의 초기 상온(RT) 상태에서의 길이로 복귀하게 되나, 마스크 금속막(110)은 초기 상온(RT) 상태일때보다 신장(L5)된 정도로 템플릿(50) 상에 접착고정될 수 있다. 이 신장(L5)된 정도 및 마스크 금속막(110)에 내포된 인장력(IT)은, 도 7에서 상술한 정도보다 크게 된다.
한편, 도 8의 (c)와 (e) 단계 사이에, 공정 온도를 상온(RT)보다도 낮은 공정 온도(TS3)로 하강하는 공정을 더 수행할 수도 있다. 이후, 상온(RT)으로 다시 온도를 상승시킬 수 있다. 공정 온도(TS3)로 온도 하강에 따라 템플릿(50)은 상온 상태보다 더 수축(L4)되고, 마스크 금속막(110)도 이에 대응하게 수축될 수 있다. 공정 온도(TS3)는 약 5 ~ 15℃일 수 있다. 또한, 공정 온도(TS3)에서의 유지 시간도 도 8의 (b), (c)의 공정 온도(TS1, TS2) 유지시간보다 적어도 동일하거나 더 길도록 할 수 있다. 예를 들어, TS1 유지시간이 10분, TS2 유지시간이 5분이라면, TS3 유지시간은 10분 이상일 수 있다. 이처럼 서냉이 아닌 급냉을 통해 임시접착부(55)의 점성이 커져 접착 강도가 더 커질 수 있다. 임시접착부(55)의 점착 강도가 최대화 됨에 따라, 마스크 금속막(110)과 템플릿(50)이 보다 견고히 접착되고, 도 8의 (b) 단계에서 더 신장된 마스크 금속막(110)의 길이만큼이 온도 하강 후에도 유지될 수 있게 된다.
도 9는 본 발명의 일 실험예에 따른 마스크의 초기 디자인한 크기와 공정 후의 크기를 비교한 데이터이다. 도 9의 (a), (c)는 2개 샘플에 대한 각각 초기 상태를 나타내고, (b), (d)는 도 8의 공정을 수행한 후의 상태를 나타낸다. 마스크 금속막(110)[또는, 마스크(100)]에 대하여 상부, 중앙, 하부에 각각 3포인트를 설정하여 크기를 비교하였다. (a)~(d)에서 점선으로 표시한 부분은 디자인 설정값이며, 실선으로 표시한 부분이 실제 측정값이다.
(a)와 (b), (c)와 (d)를 비교하면, 도 8의 공정을 수행한 후에 점선 대비 실선의 간격이 더 커진 것을 확인할 수 있다. 이는 마스크 금속막(110)이 같은 포인트 대비 신장되었다는 의미이다. (a)와 (b)를 대비하면 X축(단변) 방향으로 약 1.6㎛, Y축(장변) 방향으로 약 4.3㎛만큼 더 신장되고, (c)와 (d)를 대비하면 X축 방향으로 약 0.9㎛, Y축 방향으로 약 3.3㎛만큼 더 신장되었음을 확인할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실험예에 따른 공정 전후 마스크의 토탈 피치(total pitch) 측정 방법을 나타내는 개략도이다.
아래 표와 같은 조건으로 도 7, 도 8의 공정을 수행하였다.
실험예 조건
실험예 1 60℃(10min) -> RT (direct cooling)
실험예 2 80℃(10min) -> RT (direct cooling)
실험예 3 100℃(10min) -> RT (direct cooling)
실험예 4 120℃(10min) -> RT (direct cooling)
실험예 5 120℃(10min) -> 50℃(5min) -> 11℃(10min) -> RT
실험예 6 130℃(10min) -> 50℃(5min) -> 11℃(10min) -> RT
실험예 7 150℃(10min) -> 11℃(10min) -> RT
실험예 8 150℃(10min) -> 50℃(5min) -> 11℃(10min) -> RT
실험예 1 내지 3은 도 7의 공정에 대응하고, 실험예 5, 6, 8은 도 8의 공정에 대응한다. 실험예 4는 초기 상승 온도(TS2)만 도 8의 공정에 대응하고, 실험예 7은 도 8의 공정에서 TS2로 하강하는 단계를 생략하고 곧바로 TS3까지 냉각한 공정에 대응한다.
도 10은 공정을 수행한 후에 마스크(100)가 신장된 상태를 측정하는 방법을 나타낸다. 마스크(100)에서 실제로 프레임(200)[마스크 셀 시트부(220)]에 부착되어 마스크 셀(C)로 작용하는 부분은 마스크 패턴(P)들이 형성된 부분이므로, 더미(DM)를 제외한 마스크 패턴(P)의 위치를 기준으로 신장된 상태를 측정할 수 있다. 마스크 셀(C)에서 단부에 위치한 마스크 패턴(P) 사이의 거리를 토탈 피치(total pitch; TP)라고 지칭한다.
도 10을 참조하면, 마스크(100)가 마스크는 한쌍의 장변(X축 변) 및 한쌍의 단변(Y축 변)을 가질때, 마스크(100)를 단변 방향을 따라 세 영역으로 등분할 때 각각의 영역에서 단변 방향에 수직한 방향으로 임의의 직선(S1, S2, S3)을 연장하고, 임의의 직선(S1, S2, S3)에서 일단에 배치된 마스크 패턴(P)에서부터 타단에 배치된 마스크 패턴(P)까지의 거리의 평균값(X축 TP)을 구할 수 있다. 또한, 장변 방향을 따라 세 영역으로 등분할 때 각각의 영역에서 장변 방향에 수직한 방향으로 임의의 직선(S4, S5, S6)을 연장하고, 임의의 직선(S4, S5, S6)에서 일단에 배치된 마스크 패턴(P)에서부터 타단에 배치된 마스크 패턴(P)까지의 거리의 평균값(Y축 TP)을 구할 수 있다.
아래 표는 실험예 1~8에 대한 X축(장축) TP, Y축(단축) TP 값을 나타낸다. 각 축에 대해 세 영역에 대해서 TP를 측정하여 평균값을 구할 수 있다. △TP는 도 8의 공정을 수행하여 측정한 TP 값에서 도 7의 공정을 수행하여 측정한 TP를 뺀 것이다. 또는, △TP는 도 8의 공정을 수행하여 측정한 TP 값에서 도 9에서 전술한 디자인 설정값(도 9의 점선 참조)을 뺀 것이다. 실험예 1~7은 샘플 3개에 대해서 TP를 측정하였고, 실험예 8은 샘플 2개에 대해서 TP를 측정하였다. 각 실험예에서 임시접착부(55)의 접착 강도는 약 40kgf/cm2(~4MPa)로 나타났다. 표에서 수치는 ㎛ 단위이다.
실험예 X축 △TP Y축 △TP X축 △TP 평균 / Y축 △TP 평균
실험예 1 -0.9/-0.6/+0.2 -0.2/-0.1/+0.8 -0.4/+0.2
실험예 2 -0.6/-0.7/-0.2 +0.1/-0.3/+0.1 -0.5/-0.0
실험예 3 -0.1/-0.3/-0.6 0.0/0.0/+0.2 -0.6/+0.1
실험예 4 +0.6/+1.0/+0.6 0.0/+0.3/-0.2 +0.7/+0.0
실험예 5 +1.1/+0.9/-0.4 +0.6/+0.6/+0.3 +0.5/+0.5
실험예 6 +2.6/+5.5/+3.8 +1.7/+2.7/+2.0 +4.0/+2.1
실험예 7 +2.0/+2.3/+2.0 +1.7/+2.1/+1.2 +2.1/+1.7
실험예 8 +6.8/+5.2 +2.9/+2.3 +6.0/+2.6
표 2를 참조하면, 실험예 1 내지 3은 △TP의 평균이 양수가 아닌 음수로 나타나는 것을 확인할 수 있다. 도 8의 공정에 대응하는 실험예 5, 6, 8은 △TP의 평균이 양수로 나타난다. 특히, 실험예 5, 6, 8로 갈수록, 즉, 초기 상승 온도(TP2)가 높을수록 △TP의 절대값이 더 크게 나타나는 것을 확인할 수 있다.
특히, △TP는 장축 기준 약 0.1㎛ ~ 20.0㎛, 단축 기준 약 0.1㎛ ~ 15.0㎛인 것이 바람직하다. 이 기준보다 작은 값을 가지면 마스크(100)가 프레임(200) 상에서 충분히 팽팽한 상태를 유지하기 어려울 수 있으며, 이 기준보다 커지게 되면, 마스크(100)가 프레임(200)에 가하는 장력이 커져서 마스크 패턴(P)의 정렬 오차가 발생할 가능성이 커지고, 오히려 마스크(100)에 국부적인 주름이 발생할 가능성이 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 템플릿(50)을 프레임(200) 상에 로딩하여 마스크(100)를 프레임(200)의 셀 영역(CR)에 대응시키는 상태를 나타내는 개략도이다. 도 11에는 하나의 마스크(100)를 셀 영역(CR)에 대응/부착하는 것이 예시되나, 복수의 마스크(100)를 동시에 각각 모든 셀 영역(CR)에 대응시켜서 마스크(100)를 프레임(200)에 부착하는 과정을 수행할 수도 있다. 이 경우, 복수개의 마스크(100)의 각각을 지지하는 복수의 템플릿(50)을 구비할 수 있다.
템플릿(50)은 진공 척(90)에 의해 이송될 수 있다. 진공 척(90)으로 마스크(100)가 접착된 템플릿(50) 면의 반대 면을 흡착하여 이송할 수 있다. 진공 척(90)이 템플릿(50)을 흡착하여 플립한 후, 프레임(200) 상으로 템플릿(50)을 이송하는 과정에서도, 마스크(100)의 접착 상태 및 정렬 상태에는 영향이 없게 된다.
다음으로, 도 11을 참조하면, 마스크(100)를 프레임(200)의 하나의 마스크 셀 영역(CR)에 대응할 수 있다. 템플릿(50)을 프레임(200)[또는, 마스크 셀 시트부(220)] 상에 로딩하는 것으로 마스크(100)를 마스크 셀 영역(CR)에 대응시킬 수 있다. 템플릿(50)/진공 척(90)의 위치를 제어하면서, 현미경을 통해 마스크(100)가 마스크 셀 영역(CR)에 대응하는지 살펴볼 수 있다. 템플릿(50)이 마스크(100)를 압착하므로, 마스크(100)와 프레임(200)은 긴밀히 맞닿을 수 있다.
한편, 하부 지지체(70)를 프레임(200) 하부에 더 배치할 수도 있다. 하부 지지체(70)는 마스크(100)가 접촉하는 마스크 셀 영역(CR)의 반대면을 압착할 수 있다. 동시에, 하부 지지체(70)와 템플릿(50)이 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.
이어서, 마스크(100)에 레이저(L)를 조사하여 레이저 용접에 의해 마스크(100)를 프레임(200)에 부착할 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 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크(100)를 프레임(200)에 부착한 후 마스크(100)와 템플릿(50)을 분리하는 과정을 나타내는 개략도이다.
도 12를 참조하면, 마스크(100)를 프레임(200)에 부착한 후, 마스크(100)와 템플릿(50)을 분리(debonding)할 수 있다. 마스크(100)와 템플릿(50)의 분리는 임시접착부(55)에 열 인가(ET), 화학적 처리(CM), 초음파 인가(US), UV 인가(UV) 중 적어도 어느 하나를 통해 수행할 수 있다. 마스크(100)는 프레임(200)에 부착된 상태를 유지하므로, 템플릿(50)만을 들어올릴 수 있다. 일 예로, 85℃~100℃보다 높은 온도의 열을 인가(ET)하면 임시접착부(55)의 점성이 낮아지게 되고, 마스크(100)와 템플릿(50)의 접착력이 약해지게 되어, 마스크(100)와 템플릿(50)이 분리될 수 있다. 다른 예로, IPA, 아세톤, 에탄올 등의 화학 물질에 임시접착부(55)를 침지(CM)함으로서 임시접착부(55)를 용해, 제거 등의 방식으로 마스크(100)와 템플릿(50)이 분리될 수 있다. 다른 예로, 초음파를 인가(US)하거나, UV를 인가(UV)하면 마스크(100)와 템플릿(50)의 접착력이 약해지게 되어, 마스크(100)와 템플릿(50)이 분리될 수 있다.
마스크(100)로부터 템플릿(50)이 분리되면, 마스크(100)에 작용하던 인장력(IT)이 해제되면서 마스크(100)의 양측을 팽팽하게 하는 장력(TS)으로 전환될 수 있다. 이에 따라, 프레임(200)[마스크 셀 시트부(220)]에 장력(TS)을 인가하여 마스크(100)가 팽팽한 상태로 부착될 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크(100)를 프레임(200)에 부착한 상태를 나타내는 개략도이다. 도 13에서는 모든 마스크(100)를 프레임(200)의 셀 영역(CR)에 부착한 상태를 나타낸다. 하나씩 마스크(100)를 부착한 후 템플릿(50)을 분리할 수 있지만, 모든 마스크(100)를 부착한 후 모든 템플릿(50)을 분리할 수 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. 또한, 본 발명은 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 1 참조]보다, 제조시간을 현저하게 감축시킬 수 있다.
각각의 마스크(100)들이 모두 대응되는 마스크 셀 영역(CR) 상에 부착된 후에 템플릿(50)과 마스크(100)들이 분리되면, 복수의 마스크(100)들이 상호 반대방향으로 수축되는 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.
이하에서는, 압연 공정으로 마스크 금속막을 제조하는 과정 및 압연 공정으로 발생하는 마스크 금속막의 내부 응력 분포에 대해서 살펴본다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 압연 공정으로 마스크 금속막(110)을 제조하는 과정을 나타내는 개략도이다.
도 14를 참조하면, 인바(invar), 슈퍼 인바(super invar), 니켈(Ni), 니켈-코발트(Ni-Co) 등의 재질인 압연재(120)를 준비하고 제1 롤러(R1)를 이용하여 1차 압연 공정을 수행할 수 있다. 1차 압연 공정 후 대략 100㎛ 정도의 두께를 가지는 압연판(130)이 형성될 수 있다. 이어서 제2 롤러(R2)를 이용하여 2차 압연 공정을 수행하면 대략 40㎛ 정도의 두께를 가지는 마스크 금속막(110)이 형성될 수 있다. 1차 압연시 롤러(R1)의 직경이 크므로 압하율이 커지며 소재 내부에 소성 변형이 발생할 수 있다. 따라서, 표면에 인장 잔류 응력, 내부에 압축 잔류 응력이 생긴다. 그리고 2차 압연시 롤러(R2) 직경이 작아지므로 압하율이 작아지며 소내 표면에 소성 변형이 발생할 수 있다. 따라서, 표면에 압축 잔류 응력, 내부에 인장 잔류 응력이 생긴다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 압연 공정으로 제조한 마스크 금속막과 마스크 금속막 및 템플릿이 접착된 상태에서의 내부 응력 모델을 나타내는 개략도이다.
압연 공정으로 제조된 마스크 금속막은 인장 방향(X)과 폭 방향(Y)의 내부 응력이 상이할 수 있다. 구체적으로, 인장 방향(X), 폭 방향(Y), 두께 방향 등에 따라 압축응력(compressive stress), 인장응력(tensile stress) 분포가 상이할 수 있다. 또한, 폭 방향보다는 인장 방향으로의 응력 분포가 넓게 형성될 수 있다. 또한, 마스크 금속막(110)의 상면 및 하면의 내부 응력은 거의 대칭을 이룰 수 있다. 또한, 마스크 금속막과 템플릿이 접착되었을때, 이러한 압축/인장 응력에 의해 템플릿에 가해지는 응력 분포도 달라지므로, 프레임 일체형 마스크를 제조할 때 이를 고려할 필요가 있다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크의 토탈 피치(total pitch; TP) 변화를 나타내는 개략도이다. 각 단계별 X 방향, Y 방향 TP를 나타낸다. 상술했듯, 마스크 셀(C)에서 단부에 위치한 마스크 패턴(P) 사이의 거리를 토탈 피치(total pitch; TP)라고 한다.
마스크 금속막(110)과 템플릿(50)을 접착한 후의 상태(A. 접착 상태), 마스크 금속막(110)에 마스크 패턴(P)을 형성하고 두께 감축 공정(thinning; PS)을 수행한 후(B. 셀 공정 후) 변화된 상태(①), 도 8처럼 온도를 제어하여 마스크(100)를 프레임(200)에 용접하기 전(C. 용접 부착 전)에 변화된 상태(②)를 나타낸다. 초기 free 상태는 압연으로 마스크 금속막(110)을 제조한 후에 별도의 공정이 없는 상태를 나타낸다.
셀 공정 후 부착 상태에 비해 X, Y 방향으로 TP가 줄어든다. 그리고, 마스크(100)/템플릿(50)의 온도를 제어하여 마스크(100)를 프레임(200)에 용접하기 전에 TP가 늘어난다. 그리고, 마스크(100)를 프레임(200)에 용접한 후 템플릿(50)을 분리하면 TP가 줄어든다.
TPx와 TPy의 차이가 나타나는데, 마스크 금속막(110)의 내부 응력에 의해 x축의 템플릿(50)이 더 많이 휘는 것을 확인할 수 있다. 그리고, 마스크(100)/템플릿(50)의 온도를 제어하면 비교적 텐션이 적은 Y 방향이 더 늘어나는 것을 확인할 수 있다. 초기 free 상태 대비 늘어난 양은 X축, Y축의 거의 비슷할 수 있다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크(100)의 프레임(200)에 용접 전후 TP 변화를 나타내는 개략도이다.
도 17에서 'D. 용접 부착 및 템플릿 분리 후'는 마스크(100)를 프레임(200)에 용접 후에 템플릿(50)을 마스크(100)로부터 분리한 공정까지 수행한 상태[도 13 상태]를 나타낸다. 용접 후 템플릿(50)을 마스크(100)로부터 분리하면 마스크(100)에서 굴곡이 큰 X 방향보다 y 방향이 더 수축하는 것을 확인할 수 있다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크(100)의 프레임(200) 용접 후 안정 상태를 기준으로 각 단계의 인장량을 나타내는 개략도이다.
용접 전에는 free 상태 대비 총 인장량이 마스크 셀(C)당 약 6~7㎛이다. 이는 마스크 셀(C)이 복수인 스틱 마스크 대비 약 30~35㎛로서 인장량이 크다. 또한, 마스크 금속막(110)에 마스크 셀(C) 형성 공정 후 자연 인장력(셀 형성 공정후 - free 상태)으로 생기는 인장력은 압연 응력이 의해 자연 발생한다.
일 실시예에 따른 TP 변화량을 표로 나타내면 아래와 같다. 단위는 per side 변화량으로 ㎛이다.
① 부착 상태 - 셀 형성 공정 후 ② 마스크/템플릿 온도제어 - 셀 형성 공정 후 ③ 용접 후 템플릿 분리 - 마스크/템플릿 온도제어 누계 : 부착 상태 - 용접 후 템플릿 분리 총 TP 변화량
X -3.7 +1.8 -0.3 -2.2 -4.4
Y -1.2 +2.1 -0.8 0.0 0
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크 금속막(110)을 인장력에 맞게 적용하는 방법을 나타내는 개략도이다.도 15 내지 도 18에서 살펴본 바와 같이, 압연 인바[또는, 마스크 금속막(110)]의 인장력, 방향에 따라 TP의 변화량이 달라질 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 프레임 일체형 마스크를 제조할 때, 압연 인바[또는, 마스크 금속막(110)]의 두께 방향의 내부 응력 분포를 고려하여 마스크 금속막(110)의 두께 감축(thinning)을 할 수 있다.
즉, 압연 공정으로 제조한 마스크 금속막(110)의 두께 방향의 내부 응력 분포를 판단하는 단계; 및 두께 방향의 내부 응력 분포에 대응하게 마스크 금속막(110)의 적어도 일면의 두께를 감축하는 단계;를 통해 인장력이 제어된 마스크 금속막(110)을 적용할 수 있다. 더하여, 마스크 금속막(110)에 복수의 마스크 패턴(P)을 형성하여 마스크(100)를 제조함에 따라 인장력이 제어된 마스크(100)를 적용할 수 있다.
압연 공정으로 제조한 마스크 금속막(110)에 대하여 아래 (1) 내지 (3) 중 어느 하나의 방법으로 두께 감축을 수행할 수 있다. (1) 상부면으로부터 소정 두께를 감축한 마스크 금속막(110), (2) 하부면으로부터 소정 두께를 감축한 마스크 금속막(110), (3) 상부면 및 하부면으로부터 소정 두께를 감축한 마스크 금속막 중 어느 하나의 마스크 금속막(110)을 마스크의 재료로 사용할 수 있다. (3)의 경우 상부면과 하부면으로부터 감축된 두께는 상이할 수 있다.
일 예로, 도 19의 예 ①처럼 하부면으로부터 소정 두께를 감축하고 상부 부분이 포함된 마스크 금속막(110)을 사용할 수 있다. 또한, 예 ②처럼 상부면과 하부면으로부터 균일한 두께만큼 감축하고 중앙 부분이 포함된 마스크 금속막(110)을 사용할 수 있다. 또한, 예 ③처럼 상부면을 많이 감축하고 하부면을 조금 감축한 중앙 부분이 포함된 마스크 금속막(110)을 사용할 수 있다. 따라서, 예 ① ~ 예 ③의 마스크 금속막(110)은 응력 분포가 각각 상이하므로, 이를 고려하여 프레임 일체형 마스크의 제조시 적절한 인장력을 찾아 필요한 마스크 금속막(110)을 적용할 수 있게 된다. 그리하여, 프레임 일체형 마스크의 제조 과정에서 마스크 금속막의 내부 응력에 의한 TP 변화 영향을 최소화 할 수 있다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크 금속막의 내부 응력 분포를 고려하여 적어도 일면의 두께를 감축하는 과정을 나타내는 개략도이다. 도 19에서 상술한 마스크 금속막(110)의 두께를 감축하는 (3)의 방법에 대해 살펴본다. 다만, 이에 제한되지는 않으며, 상부면 또는 하부면으로부터 소정 두께를 감축하는 경우 도 20의 일부 단계만을 차용하여 두께 감축 공정을 수행할 수 있다.
도 20의 (a)를 참조하면, 압연 공정으로 제조된 마스크 금속막(110")의 하부면(112")[제2 면]을 지지기판(40)에 접착부(41)를 사용하여 접착시킬 수 있다. 접착부(41)는 임시접착부(55)와 동일한 재질 또는 소정의 접착력을 가지며 추후 분리가능한 재질을 제한없이 사용할 수 있다.
마스크 금속막(110")을 지지기판(40)에 접착시킨 후, 상부면(111")[제1 면]을 평탄화(PS1) 할 수 있다. 여기서, 평탄화(PS1, PS2)는 마스크 금속막(110")의 일면을 경면화 하면서 동시에 마스크 금속막(110")을 일부 제거하여 두께를 얇게 감축시키는 것을 의미한다. 평탄화(PS1, PS2)는 CMP, 화학적 습식 식각, 건식 식각 등의 방법으로 수행할 수 있다.
마스크 금속막(110")의 두께를 기준으로 상부면 0%, 하부면을 100%으로 할 때, 중앙부(115")는 10% 내지 90%의 두께 부분에서 적어도 일부를 사용할 수 있다. 평탄화(PS1, PS2)가 거의 동일한 두께범위에서 이루어진다고 하면, 상부면(111")으로부터의 평탄화(PS1) 공정으로 줄어드는 두께 감축은, 전체 마스크 금속막(110") 두께의 약 5% 내지 45%에서 수행될 수 있다. 하지만, 반드시 이에 제한되지는 않으며, 중앙부(115")가 마스크 금속막(110")의 두께 기준으로 10% 내지 90%의 두께 부분에서 적어도 일부를 사용한다면 각각의 평탄화(PS1, PS2) 공정에서 두께 감축 정도는 변경가능하다.
평탄화(PS1) 공정 후에 마스크 금속막(110")에서 상층부(117")가 제거될 수 있다.
다음으로, 도 20의 (b)를 참조하면, 다른 지지기판(45)을 준비하고 마스크 금속막(110')의 상부면(111")[제1 면]을 지지기판(45)에 접착부(46)를 사용하여 접착시킬 수 있다. 지지기판(45)과 접착부(45)는 지지기판(40) 및 접착부(41)와 동일할 수 있다. 또는, 지지기판(45)은 템플릿(50), 접착부(45)는 임시접착부(55)에 대응할 수 있다. 이 경우 도 5의 (b) 단계는 도 20의 (b) 단계로 대체될 수도 있다.
다음으로, 도 20의 (c)를 참조하면, 마스크 금속막(110')을 지지기판(45)에 접착시킨 후, 지지기판(40)을 분리할 수 있다. 이어서, 제2 면(112")을 평탄화(PS2) 할 수 있다. 평탄화(PS2) 공정 후에 마스크 금속막(110")에서 하층부(119")가 제거될 수 있다.
다음으로, 도 20의 (d)를 참조하면, 평탄화(PS2)까지 마치게 되어 마스크 금속막(110)의 제조가 완료될 수 있다. 마스크 금속막(110)은 중앙부(115")를 포함하고, 마스크 금속막(110)의 두께는 약 5㎛ 내지 20㎛가 될 수 있다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 압연 공정으로 제조한 마스크 금속막의 인장 방향 및 폭 방향에서 내부 응력 분포 상태를 나타내는 개략도이다.
도 15에서 상술한 바와 같이, 압연 공정으로 제조된 마스크 금속막은 인장 방향(X)과 폭 방향(Y)의 내부 응력이 상이할 수 있다. 도 21을 참조하여 약 40㎛ 두께를 가지는 마스크 금속막(110)을 예로 들면, 마스크 금속막(110)은 두께 방향 기준으로 압축응력 구간과 인장응력 구간을 포함한다. 구체적으로, 인장 방향(X)을 고려할때, 마스크 금속막(110)은 두께 방향 기준으로 상부 및 하부는 압축응력 구간을 포함하고, 중간부는 인장응력 구간을 포함한다. 또한, 폭 방향(Y)을 고려할때, 마스크 금속막(110)의 폭 측부는 압축응력 구간을 포함하고, 폭 중간부는 인장응력 구간을 포함한다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 응력 분포에 따라 마스크(100)를 적용한 샘플을 나타내는 개략도이다.
도 22를 참조하면, 40㎛의 두께를 가지는 마스크 금속막(110)에 대해서 두께 방향으로 각각 다른 부분을 포함하는 샘플 (a)~(e)를 제조하였다. 각 샘플 (a)~(e)은 40㎛의 두께를 가지는 마스크 금속막(110)로부터 적어도 일면(상부면, 하부면)에 두께 감축 공정을 수행하여 15㎛의 두께를 형성한 것을 사용하였다. 각 샘플 (a)~(e)의 상부면 및 하부면에서 두번의 식각 공정이 수행된 마스크 패턴(P) 한개의 형상을 도시하였다.
샘플 (a)는 하부면으로부터는 두께 감축없이 상부면에서만 두께 감축을 수행한 것, 샘플 (b)는 하부면으로부터 약 4㎛ 두께 감축 및 상부면으로부터 약 21㎛ 두께 감축을 수행한 것, 샘플 (c)는 하부면으로부터 약 8㎛ 두께 감축 및 상부면으로부터 약 17㎛ 두께 감축을 수행한 것, 샘플 (d)는 하부면으로부터 약 12㎛ 두께 감축 및 상부면으로부터 약 13㎛ 두께 감축을 수행한 것, 샘플 (e)는 하부면으로부터 약 15㎛ 두께 감축 및 상부면으로부터 약 10㎛ 두께 감축을 수행한 것이다.
다른 관점으로, 샘플 (a)는 마스크 금속막(110)의 하부 부분을 상대적으로 많이 포함하므로 압축응력 구간을 많이 포함하고, 샘플 (e)로 갈수록 마스크 금속막(110)의 하부 부분이 제외되고 중간 부분을 많이 포함하므로 인장응력 구간이 많이 포함하게 된다.
도 23은 도 22의 샘플에 대한 마스크(100)의 초기 디자인한 크기와 공정 후의 크기를 비교한 데이터이다. 도 23의 (a)~(e)는 도 22의 샘플 (a)~(e)에 각각 대응한다. (a)~(e)에서 점선으로 표시한 부분은 디자인 설정값이며, 실선으로 표시한 부분이 실제 측정값이다.
도 23의 (a) 내지 (e)를 참조하면, (a)에서 (e)로 갈수록 점차 실선 부분이 점선 부분의 내측으로 값이 시프팅(shifting) 되는 것을 확인할 수 있다. 샘플 (a)는 디자인 설정값과 대비하여 X축(단변) 방향으로 약 13.3㎛, Y축(장변) 방향으로 약 4.7㎛만큼 더 신장되었다. 샘플 (b)는 디자인 설정값과 대비하여 X축(단변) 방향으로 약 5.6㎛, Y축(장변) 방향으로 약 3.1㎛만큼 더 신장되었다. 샘플 (c)는 디자인 설정값과 대비하여 X축(단변) 방향으로 약 3.2㎛만큼 더 수축되고, Y축(장변) 방향으로 약 6.5㎛만큼 더 신장되었다. 샘플 (d)는 디자인 설정값과 대비하여 X축(단변) 방향으로 약 6.3㎛만큼 더 수축되고, Y축(장변) 방향으로 약 2.9㎛만큼 더 신장되었다. 샘플 (e)는 디자인 설정값과 대비하여 X축(단변) 방향으로 약 12.5㎛만큼 더 수축되고, Y축(장변) 방향으로 약 8.0㎛만큼 더 신장되었다.
샘플 (c)는 디자인 설정값에 가장 근접하게 나타났다. 이는 샘플 (c)가 마스크 금속막(110)의 결정립이 가장 균일한 중앙 부분을 사용하였기 때문인 것으로 판단된다.
X축(단변) 기준으로 살펴보면 샘플 (a)에서 샘플 (e)로 갈수록 마스크(100)가 초기 디자인값보다 더 신장된 상태로 템플릿(50) 상에 접착되는 것을 확인할 수 있다.
또한, 샘플 (a)에서 샘플 (e)로 갈수록, 즉, 마스크(100)가 압축응력 구간보다 인장응력 구간을 더 포함할수록, 마스크(100)의 측면 방향으로의 인장되는 정도가 작아짐을 확인할 수 있다. 이 인장은 외부에서 마스크(100)에 직접 인가한 것이 아닌 압연 공정에서 발생하는 마스크(100) 막 내부에 잔류하는 응력으로 유발되는 것이다. 다른 관점으로 마스크(100)에서 압축응력 구간의 비율이 인장응력 구간의 비율보다 커질수록 마스크(100)의 측면 방향으로의 인장력이 더 커질 수 있다. 마스크(100)는 템플릿(50) 상에 접착된 상태에서 도 8에서 상술한 공정 온도의 변화에 따른 인장력 변화와는 별도로, 마스크(100) 막 자체에 잔류하는 응력으로 인장력이 더 변화될 수 있다.
따라서, 압연 공정으로 제조된 마스크 금속막(110)의 두께 방향의 내부 응력 분포를 판단하여, 사용하려는 인장력에 대응하는 마스크 금속막(110)의 일부 부분만을 추출하여 템플릿(50)에 접착하고, 도 8의 공정 온도 변화를 적용하여 최종적으로 마스크(100)가 템플릿(50) 상에서 가지는 인장력(IT)을 제어할 수 있다.
도 24는 도 22의 샘플에 대한 내부 응력 분포에 따른 마스크 측면으로의 필요 인장량을 나타내는 그래프이다. 도 23의 (a)~(e)는 도 22 및 도 23의 샘플 (a)~(e)에 각각 대응한다.
도 24의 (a) 내지 (e)를 참조하면, 프레임 일체형 마스크를 제조할때 필요한 마스크(100)의 필요 인장량이 도시된다. 도 23에서 살펴본 바와 같이 샘플 (a)는 디자인 설정값과 대비하여 측면 방향으로 인장되는 정도가 상대적으로 크고, 샘플 (e)로 갈수록 디자인 설정값과 대비하여 측면 방향으로 인장되는 정도가 작아진다. 따라서, 샘플 (a)에서는 마스크(100)의 측면 방향으로 필요 인장량이 거의 0으로 적고, 샘플 (e)로 갈수록 필요 인장량이 약 13㎛ 정도로 커지게 된다.
위와 같이, 본 발명은 두께를 감축한 마스크 금속막(110)에서의 압축응력 구간 및 인장응력 구간의 비율을 제어함에 따라, 마스크(100)가 템플릿(50)에 접착된 상태에서 추가로 가해야하는 인장력을 제어할 수 있다. 심지어, 마스크(100)의 부분에 따라서는 직접 인장력을 가하지 않고 마스크(100) 내부 잔류 응력만으로도 프레임(200)에 팽팽하게 부착될 수 있는 인장력을 확보할 수도 있다. 또한, 마스크(100)가 프레임(200)에 용접 부착된 후, 마스크(100)로부터 템플릿(50)을 분리함에 따라 마스크(100)가 프레임(200)에 작용하는 장력을 제어할 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.
23: 제1 절연부
25: 제2 절23: 제1 절연부
25: 제2 절연부
50: 템플릿(template)
51: 레이저 통과공
55: 임시접착부
100: 마스크
110: 마스크 막, 마스크 금속막
200: 프레임
210: 테두리 프레임부
220: 마스크 셀 시트부
221: 테두리 시트부
223: 제1 그리드 시트부
225: 제2 그리드 시트부
C: 셀, 마스크 셀
CR: 마스크 셀 영역
DM: 더미, 마스크 더미
L: 레이저
P: 마스크 패턴
RT: 상온
TS1, TS2, TS3: 제1, 2, 3 공정 온도
WB: 용접 비드

Claims (12)

  1. 프레임과 복수의 마스크가 연결된 프레임 일체형 마스크를 제조하는 과정에서 마스크의 인장력을 제어하는 방법으로서,
    (a) 압연 공정으로 제조한 마스크 금속막의 두께 방향의 내부 응력 분포를 판단하는 단계;
    (b) 두께 방향의 내부 응력 분포에 따라 상기 마스크 금속막의 적어도 일면의 두께를 감축하는 단계;
    (c) 상기 마스크 금속막에 복수의 마스크 패턴을 형성하여 마스크를 준비하는 단계;
    를 포함하는, 마스크의 인장력 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계는 아래 (1) 내지 (3) 중 어느 하나의 방법으로 수행하는, 마스크의 인장력 제어 방법.
    (1) 상부면으로부터 소정 두께를 감축한 마스크 금속막,
    (2) 하부면으로부터 소정 두께를 감축한 마스크 금속막,
    (3) 상부면 및 하부면으로부터 소정 두께를 감축한 마스크 금속막.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 (3)의 경우, 상부면과 하부면으로부터 감축된 두께는 서로 상이한, 마스크의 인장력 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서, 상기 마스크 금속막이 임시접착부를 개재하여 템플릿 상에 접착된 상태로 복수의 상기 마스크 패턴을 형성하는, 마스크의 인장력 제어 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서, 상기 마스크 금속막은 두께 방향 기준으로 상부 및 하부는 압축응력 구간을 포함하고, 중간부는 인장응력 구간을 포함하는, 마스크의 인장력 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서 두께를 감축한 상기 마스크 금속막에서 압축응력 구간의 비율이 인장응력 구간의 비율보다 커질수록, 상기 템플릿 상에서 상기 마스크의 측면 방향으로의 인장력이 커지는, 마스크의 인장력 제어 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서 두께를 감축한 상기 마스크 금속막에서 압축응력 구간의 비율이 인장응력 구간의 비율보다 크면, 상기 (c) 단계 이후에 상기 마스크가 초기 디자인값보다 적어도 일측면으로 더 신장된 상태로 상기 템플릿 상에 접착된 상태를 나타내는, 마스크의 인장력 제어 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서 두께를 감축한 상기 마스크 금속막에서 인장응력 구간의 비율이 압축응력 구간의 비율보다 크면, 상기 (c) 단계 이후에 상기 마스크가 초기 디자인값보다 적어도 일측면으로 더 수축된 상태로 상기 템플릿 상에 접착된 상태를 나타내는, 마스크의 인장력 제어 방법.
  9. OLED 화소 형성용 마스크가 프레임에 일체로 형성된 프레임 일체형 마스크의 제조 방법으로서,
    (a) 압연 공정으로 제조한 마스크 금속막의 두께 방향의 내부 응력 분포를 판단하는 단계;
    (b) 상기 마스크 금속막을 임시접착부를 개재하여 템플릿 상에 접착하는 단계;
    (c) 두께 방향의 내부 응력 분포에 따라 상기 마스크 금속막의 적어도 일면의 두께를 감축하는 단계;
    (d) 상기 마스크 금속막에 복수의 마스크 패턴을 형성하여 마스크를 준비하는 단계;
    (e) 마스크를 프레임에 연결하는 단계;
    를 포함하는, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    (f) 템플릿을 마스크로부터 분리하는 단계;
    를 더 포함하는, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서, 상기 마스크 금속막은 두께 방향 기준으로 상부 및 하부는 압축응력 구간을 포함하고, 중간부는 인장응력 구간을 포함하며,
    상기 (b) 단계에서 두께를 감축한 상기 마스크 금속막에서 압축응력 구간의 비율이 인장응력 구간의 비율보다 커질수록, 상기 템플릿 상에서 상기 마스크의 측면 방향으로의 인장력이 커지는, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서 두께를 감축한 상기 마스크 금속막에서 압축응력 구간 및 인장응력 구간의 비율을 제어함에 따라, 상기 (f) 단계 이후 마스크가 프레임에 가하는 장력을 제어하는, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법.
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