KR20190031849A - 프레임 일체형 마스크의 제조 방법 - Google Patents

프레임 일체형 마스크의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 프레임 일체형 마스크의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 프레임 일체형 마스크(10)의 제조 방법은, 마스크(20)와 마스크(20)를 지지하는 프레임(30)이 일체로 형성된 프레임 일체형 마스크(10)의 제조 방법으로서, (a) 일면 상에 패턴화된 절연부(45)가 형성된 전도성 기판(41) 상에 전주 도금으로 도금막(20: 20a, 20b)을 형성하는 단계, (b) 프레임(30) 상부의 적어도 일부분에 금속을 포함하는 접착부(EA)를 형성하고, 도금막(20)의 테두리(20b) 중 적어도 일부를 접착부(EA)에 대응하는 단계, (c) 접착부(EA)에 소정의 온도, 소정의 압력(HP) 중 적어도 어느 하나를 가하는 단계, 및 (d) 소정의 온도, 소정의 압력 중 적어도 어느 하나의 인가를 해제하여, 도금막(20)과 프레임(30)을 접착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

프레임 일체형 마스크의 제조 방법{PRODUCING METHOD OF MASK INTEGRATED FRAME}
본 발명은 프레임 일체형 마스크의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 프레임과 마스크가 일체를 이루어 마스크의 변형을 방지하고 얼라인(align)을 명확하게 할 수 있으며, 유기물 접착제에 의한 마스크의 변형, 오염 등을 방지하는 프레임 일체형 마스크의 제조 방법에 관한 것이다.
최근에 박판 제조에 있어서 전주 도금(Electroforming) 방법에 대한 연구가 진행되고 있다. 전주 도금 방법은 전해액에 양극체, 음극체를 침지하고, 전원을 인가하여 음극체의 표면상에 금속박판을 전착시키므로, 극박판을 제조할 수 있으며, 대량 생산을 기대할 수 있는 방법이다.
한편, OLED 제조 공정에서 화소를 형성하는 기술로, 박막의 금속 마스크(Shadow Mask)를 기판에 밀착시켜서 원하는 위치에 유기물을 증착하는 FMM(Fine Metal Mask) 법이 주로 사용된다.
기존의 OLED 제조 공정에서는 마스크를 스틱 형태, 플레이트 형태 등으로 제조한 후, 마스크를 OLED 화소 증착 프레임에 용접 고정시켜 사용한다. 대면적 OLED 제조를 위해서 여러 개의 마스크를 OLED 화소 증착 프레임에 고정시킬 수 있는데, 마스크끼리의 정렬이 잘 되지 않는 문제점이 있었다. 또한, 프레임에 용접 고정하는 과정에서, 마스크 막의 두께가 너무 얇고 대면적이기 때문에 하중에 의해 마스크가 쳐지거나 뒤틀어지는 문제점이 있었다.
초고화질의 OLED 제조 공정에서는 수 ㎛의 미세한 정렬의 오차도 화소 증착의 실패로 이어 질 수 있으므로, 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, 마스크와 프레임이 일체형 구조를 이루는 프레임 일체형 마스크의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 마스크와 프레임을 일체로 형성함에 따라, 마스크의 정렬을 명확하게 하여 화소 증착의 안정성을 향상시킬 수 있는 프레임 일체형 마스크의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 도금 공정만으로 패턴을 가지는 마스크를 제조할 수 있는, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 상기의 목적은, 마스크와 마스크를 지지하는 프레임이 일체로 형성된 프레임 일체형 마스크의 제조 방법으로서, (a) 일면 상에 패턴화된 절연부가 형성된 전도성 기판 상에 전주 도금으로 도금막을 형성하는 단계; (b) 프레임 상부의 적어도 일부분에 금속을 포함하는 접착부를 형성하고, 도금막의 테두리 중 적어도 일부를 접착부에 대응하는 단계; (c) 접착부에 소정의 온도, 소정의 압력 중 적어도 어느 하나를 가하는 단계; 및 (d) 소정의 온도, 소정의 압력 중 적어도 어느 하나의 인가를 해제하여, 도금막과 프레임을 접착하는 단계를 포함하는, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법에 의해 달성된다.
접착부는 적어도 두 금속의 합금을 포함할 수 있다.
(c) 단계에서, 접착부의 적어도 일부가 고상(solid phase)에서 액상(liquid phase)으로 변하고, (d) 단계에서, 접착부의 액상이 다시 고상으로 변하면서 도금막과 프레임을 접착할 수 있다.
접착부는, In, Bi, Sn, Au 중 어느 하나로 선택되는 제1 금속; 및 In, Bi, Sn, Ag, Cu, Zn, Bi, Sb, Ge 중 어느 하나로 선택되고, 제1 금속과 상이한 제2 금속을 포함할 수 있다.
접착부는, Bi, Sn, Ag, Cu, Cd, 중 어느 하나로 선택되고, 제1 금속 및 제2 금속과 상이한 제3 금속을 더 포함할 수 있다.
접착부는, Cu, Sb 중 어느 하나로 선택되고, 제1 금속, 제2 금속 및 제3 금속과 상이한 제4 금속을 더 포함할 수 있다.
(c) 단계는 불활성 가스 분위기에서 수행할 수 있다.
전도성 기판은 도핑된 단결정 실리콘 재질일 수 있다.
절연부는 포토레지스트, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 재질 중 어느 하나일 수 있다.
프레임은 도금막을 둘러싸는 형상을 가질 수 있다.
(d) 단계에서, 도금막은 외측으로 인장력을 받는 상태로, 프레임 상부에 접착될 수 있다.
(a) 단계에서, 절연부 상에서 도금막의 형성이 방지되어 도금막이 패턴을 가지게 될 수 있다.
(a) 단계 이후, 도금막을 열처리하는 단계를 더 수행할 수 있다.
열처리는 300℃ 내지 800℃로 수행할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 마스크와 프레임이 일체형 구조를 이루는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 마스크의 정렬을 명확하게 하여 화소 증착의 안정성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 도금 공정만으로 패턴을 가지는 마스크를 제조할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 마스크와 프레임의 접착력을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 FMM을 이용한 OLED 화소 증착 장치를 나타내는 개략도이다.
도 2는 마스크를 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 일체형 마스크를 나타내는 개략도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 3의 프레임 일체형 마스크를 제조하는 과정을 나타내는 개략도이다.
도 6은 도 3의 프레임 일체형 마스크를 적용한 OLED 화소 증착 장치를 나타내는 개략도이다.
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 FMM(100)을 이용한 OLED 화소 증착 장치(200)를 나타내는 개략도이다. 도 2는 마스크를 나타내는 개략도이다.
도 1을 참조하면, 일반적으로 OLED 화소 증착 장치(200)는, 마그넷(310)이 수용되고, 냉각수 라인(350)이 배설된 마그넷 플레이트(300)와, 마그넷 플레이트(300)의 하부로부터 유기물 소스(600)를 공급하는 증착 소스 공급부(500)를 포함한다.
마그넷 플레이트(300)와 소스 증착부(500) 사이에는 유기물 소스(600)가 증착되는 유리 등의 대상 기판(900)이 개재될 수 있다. 대상 기판(900)에는 유기물 소스(600)가 화소별로 증착되게 하는 FMM(100)이 밀착되거나 매우 근접하도록 배치될 수 있다. 마그넷(310)이 자기장을 발생시키고 자기장에 의한 인력으로 FMM(100)이 대상 기판(900)에 밀착될 수 있다.
스틱형(Stick-Type) 마스크[도 2의 (a) 참조], 플레이트형(Plate-Type) 마스크[도 2의 (b) 참조]는 대상 기판(900)에 밀착되기 전에 얼라인(align)이 필요하다. 하나의 마스크 또는 복수의 마스크는 프레임(800)에 결합될 수 있다. 프레임(800)은 OLED 화소 증착 장치(200) 내에 고정 설치되고, 마스크는 별도의 부착, 용접 공정을 거쳐 프레임(800)에 결합될 수 있다.
증착 소스 공급부(500)는 좌우 경로를 왕복하며 유기물 소스(600)를 공급할 수 있고, 증착 소스 공급부(500)에서 공급되는 유기물 소스(600)들은 FMM 마스크(100)에 형성된 패턴(PP)을 통과하여 대상 기판(900)의 일측에 증착될 수 있다. FMM 마스크(100)의 패턴을 통과한 증착된 유기물 소스(600)는 OLED의 화소(700)로서 작용할 수 있다.
새도우 이펙트(Shadow Effect)에 의한 화소(700)의 불균일 증착을 방지하기 위해, FMM 마스크(100)의 패턴(PP)은 경사지게 형성(S)[또는, 테이퍼 형상(S)으로 형성]될 수 있다. 경사진 면을 따라서 대각선 방향으로 패턴(PP)을 통과하는 유기물 소스(600)들도 화소(700)의 형성에 기여할 수 있으므로, 화소(700)는 전체적으로 두께가 균일하게 증착될 수 있다.
도 2의 (a)에 도시된 마스크(100a)는 스틱형 마스크로서, 스틱의 양측을 OLED 화소 증착 프레임(800)에 용접 고정시켜 사용할 수 있다. 도 2의 (b)에 도시된 마스크(100b)는 플레이트형 마스크로서, 넓은 면적의 화소 형성 공정에서 사용할 수 있고, 플레이트의 테두리를 OLED 화소 증착 프레임(800)에 용접 고정시켜 사용할 수 있다. 도 2의 (c)는 도 2의 (a) 및 (b)의 A-A' 확대 측단면도이다.
마스크(100: 100a, 100b)의 바디(Body)에는 복수의 디스플레이 패턴(DP)이 형성될 수 있다. 디스플레이 패턴(DP)은 스마트폰 등의 디스플레이 하나에 대응하는 패턴이다. 디스플레이 패턴(DP)을 확대하면 R, G, B에 대응하는 복수의 화소 패턴(PP)을 확인할 수 있다. 화소 패턴(PP)들은 측부가 기울어진 형상, 테이퍼(Taper) 형상을 가질 수 있다[도 2의 (c) 참조]. 수많은 화소 패턴(PP)들은 군집을 이루어 디스플레이 패턴(DP) 하나를 구성하며, 복수의 디스플레이 패턴(DP)이 마스크(100: 100a, 100b)에 형성될 수 있다.
즉, 본 명세서에서 디스플레이 패턴(DP)은 패턴 하나를 나타내는 개념은 아니며, 하나의 디스플레이에 대응하는 복수의 화소 패턴(PP)들이 군집된 개념으로 이해되어야 한다. 이하에서는 화소 패턴(PP)을 마스크 패턴(PP)과 혼용한다.
도 1 및 도 2에 도시된 마스크(100)는 복수개의 마스크를 각각 프레임(800)에 용접 고정하는 과정에서 마스크들간의 정렬 오차가 발생할 수 있고, 특정 마스크가 쳐지거나 뒤틀리는 등의 변형이 발생하면 전체 마스크들의 정렬 오차를 유발할 수 있다.
따라서, 본 발명은 마스크를 모판 상에 형성한 상태에서 프레임에 접착하여, 마스크를 프레임과 일체형으로 구성함에 따라, 마스크의 변형을 방지하여 정렬을 명확하게 할 수 있는 것을 특징으로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 일체형 마스크(10)를 나타내는 개략도이다. 도 3의 (a)는 프레임 일체형 마스크(10)의 사시도, 도 3의 (b)는 도 3의 (a)의 B-B' 확대 측단면도이다.
도 3을 참조하면, 프레임 일체형 마스크(10)는 마스크(20) 및 프레임(30)을 포함한다. 마스크(20)는 복수의 디스플레이 패턴(DP) 및 화소 패턴(PP)을 포함하는 부분의 도금막(20a) 및 테두리 부분의 도금막(20b)을 포함할 수 있다.
도금막(20a, 20b)과 프레임(30)은 동일한 재질을 가지고 접착부(EM)를 매개체로 하여 상호 일체로 연결될 수 있다. 도 3에서는 설명의 편의를 위해 접착부(EM)의 두께 및 폭이 다소 과장되게 도시되었음을 밝혀두며, 실제로 접착부(EM)가 개재된 부분은 거의 돌출되지 않고 마스크(20)와 프레임(30)을 연결하는 부분일 수 있다. 도금막(20)은 형성된 위치에 따라 20a, 20b로 부호를 달리 기재하였지만, 실제 전주 도금(Electroforming) 공정에서 전착 도금되는 도금막(20: 20a, 20b)[도 4 참조]의 각 부분으로, 전주 도금 공정에서 동시에 형성되는 구성이다.
마스크(20)에는 마스크 패턴(PP)이 형성될 수 있다. 마스크 패턴(PP)은 상부에서 하부로 갈수록 폭이 점점 넓어지거나, 점점 좁아지는 형상을 가지는, 대략 테이퍼 형상을 가지는 것이 바람직하며, 마스크(20)의 상부면이 대상 기판(900)[도 6 참조]에 밀착되므로, 마스크 패턴(PP)은 상부에서 하부로 갈수록 폭이 점점 넓어지는 형상인 것이 더 바람직하다.
패턴 폭은 수 내지 수십㎛의 크기, 바람직하게는 30㎛보다 작은 크기로 형성될 수 있다. 마스크 패턴(PP)은 절연부(45)에 의해 도금막(20)의 생성이 방지됨에 따라 형성될 수 있다. 구체적인 형성 과정은 도 4를 통해 후술한다. 마스크 패턴(PP)은 도 2에서 상술한 화소 패턴(PP)/디스플레이 패턴(DP)의 구성과 동일하다.
마스크(20)를 쳐지거나 뒤틀리지 않게 팽팽하게 지지할 수 있도록, 프레임(30)은 마스크(20)의 테두리를 둘러싸는 형상을 가지는 것이 바람직하다. 도 3에는 사각형의 프레임(30)이 도시되어 있으나, 폐쇄 형태인 원형, 다각형 등의 형태도 가능하다. 프레임(30)의 재질은 마스크(20)와 동일한 인바, 슈퍼 인바 등인 것이 바람직하다.
위와 같이, 본 발명의 프레임 일체형 마스크(10)는, 마스크(20)가 프레임(30)과 일체로 연결되므로, 프레임(30)만을 OLED 화소 증착 장치(200)로 이동하고 설치하는 과정만으로 마스크 정렬을 수행할 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 3의 프레임 일체형 마스크(100)를 제조하는 과정을 나타내는 개략도이다.
도 4의 (a)를 참조하면, 전주 도금(electroforming)을 수행할 수 있도록, 전도성 기재(41)를 준비한다. 전도성 기재(41)를 포함하는 모판(mother plate; 40)은 전주 도금에서 음극체(cathode)로 사용될 수 있다.
전도성 재질로서, 메탈의 경우에는 표면에 메탈 옥사이드들이 생성되어 있을 수 있고, 메탈 제조 과정에서 불순물이 유입될 수 있으며, 다결정 실리콘 기재의 경우에는 개재물 또는 결정립계(Grain Boundary)가 존재할 수 있으며, 전도성 고분자 기재의 경우에는 불순물이 함유될 가능성이 높고, 강도. 내산성 등이 취약할 수 있다. 메탈 옥사이드, 불순물, 개재물, 결정립계 등과 같이 모판(40)[또는, 기재(41)]의 표면에 전기장이 균일하게 형성되는 것을 방해하는 요소를 "결함"(Defect)으로 지칭한다. 결함(Defect)에 의해, 상술한 재질의 음극체에는 균일한 전기장이 인가되지 못하여 도금막의 일부가 불균일하게 형성될 수 있다.
UHD 급 이상의 초고화질 화소를 구현하는데 있어서 도금막 및 도금막 패턴(PP)의 불균일은 화소의 형성에 악영향을 미칠 수 있다. FMM, 새도우 마스크의 패턴 폭은 수 내지 수십㎛의 크기, 바람직하게는 30㎛보다 작은 크기로 형성될 수 있으므로, 수㎛ 크기의 결함조차 마스크의 패턴 사이즈에서 큰 비중을 차지할 정도의 크기이다.
또한, 상술한 재질의 음극체에서의 결함을 제거하기 위해서는 메탈 옥사이드, 불순물 등을 제거하기 위한 추가적인 공정이 수행될 수 있으며, 이 과정에서 음극체 재료가 식각되는 등의 또 다른 결함이 유발될 수도 있다.
따라서, 본 발명은 단결정 실리콘 재질의 기재(41)를 사용할 수 있다. 전도성을 가지도록, 기재(41)는 1019 이상의 고농도 도핑이 수행될 수 있다. 도핑은 기재(41)의 전체에 수행될 수도 있으며, 기재(41)의 표면 부분에만 수행될 수도 있다.
도핑된 단결정 실리콘의 경우는 결함이 없기 때문에, 전주 도금 시에 표면 전부에서 균일한 전기장 형성으로 인한 균일한 도금막(20)이 생성될 수 있는 이점이 있다. 균일한 도금막(20)을 통해 제조하는 프레임 일체형 마스크(10)[또는, FMM]은 OLED 화소의 화질 수준을 더욱 개선할 수 있다. 그리고, 결함을 제거, 해소하는 추가 공정이 수행될 필요가 없으므로, 공정비용이 감축되고, 생산성이 향상되는 이점이 있다.
또한, 실리콘 재질의 기재(41)를 사용함에 따라서, 필요에 따라 기재(41)의 표면을 산화(Oxidation), 질화(Nitridation)하는 과정만으로 절연부(45)를 형성할 수 있는 이점이 있다. 절연부(45)는 도금막(20)의 전착을 방지하는 역할을 하여 도금막(20)에 패턴(PP)을 형성할 수 있다.
다음으로, 도 4의 (b)를 참조하면, 기재(41)의 적어도 일면 상에 절연부(45)를 형성할 수 있다. 절연부(45)는 패턴을 가지고 형성될 수 있고, 테이퍼 형상의 패턴을 가지는 것이 바람직하다. 절연부(45)는 전도성 기재(41)를 베이스로 하는 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 등일 수 있고, 포토레지스트를 사용할 수도 있다. 포토레지스트를 사용하여 테이퍼 형상의 패턴을 형성할 때에는 다중 노광 방법, 영역마다 노광 강도를 다르게 하는 방법 등을 사용할 수 있다. 이에 따라, 모판(40)이 제조될 수 있다.
다음으로, 도 4의 (c)를 참조하면, 모판(40)[또는, 음극체(40)]과 대향하는 양극체(미도시)를 준비한다. 양극체(미도시)는 도금액(미도시)에 침지되어 있고, 모판(40)은 전부 또는 일부가 도금액(미도시)에 침지되어 있을 수 있다. 모판(40)[또는, 음극체(40)]과 대향하는 양극체 사이에 형성된 전기장으로 인해 도금막(20: 20a, 20b)이 모판(40)의 표면에서 전착되어 생성될 수 있다. 다만, 전도성 기재(41)의 노출된 표면(46)에서만 도금막(20)이 생성되며, 절연부(45) 표면에서는 도금막(20)이 생성되지 않으므로, 도금막(20)에 패턴(PP)[도 3의 (b) 참조]이 형성될 수 있다.
도금액은 전해액으로서, 마스크(20)를 구성할 도금막(20)의 재료가 될 수 있다. 일 실시예로, 철니켈합금인 인바(Invar) 박판을 도금막(20)으로서 제조하는 경우, Ni 이온을 포함하는 용액 및 Fe 이온을 포함하는 용액의 혼합액을 도금액으로 사용할 수 있다. 다른 실시예로, 철니켈코발트합금인 슈퍼 인바(Super Invar) 박판을 도금막(20)으로 제조하는 경우, Ni 이온을 포함하는 용액, Fe 이온을 포함하는 용액 및 Co 이온을 포함하는 용액의 혼합액을 도금액으로 사용할 수도 있다. 인바 박판, 슈퍼 인바 박판은 OLED의 제조에 있어서 FMM(Fine Metal Mask), 새도우 마스크(Shadow Mask)로 사용될 수 있다. 그리고, 인바 박판은 열팽창계수가 약 1.0 X 10-6/℃, 슈퍼 인바 박판은 열팽창계수가 약 1.0 X 10-7/℃ 정도로 매우 낮기 때문에 열에너지에 의해 마스크의 패턴 형상이 변형될 우려가 적어 고해상도 OLED 제조에서 주로 사용된다. 이 외에도 목적하는 도금막(20)에 대한 도금액을 제한없이 사용할 수 있으며, 본 명세서에서는 인바 박판(20)을 제조하는 것을 주된 예로 상정하여 설명한다.
기재(41) 표면으로부터 도금막(20)이 전착되면서 두꺼워지기 때문에, 절연부(45)의 상단을 넘기 전까지만 도금막(20)을 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 절연부(45)의 두께보다 도금막(20)의 두께가 더 작을 수 있다. 도금막(20)은 절연부(45)의 패턴 공간에 채워지며 전착되므로, 절연부(45)의 패턴과 역상을 가지는 테이퍼 형상을 가지며 생성될 수 있다.
한편, 도금막(20)을 형성한 후에 도금막(20)에 열처리를 수행할 수 있다. 열처리는 300℃ 내지 800℃의 온도로 수행할 수 있다. 일반적으로 압연으로 생성한 인바 박판에 비해, 전주 도금으로 생성한 인바 박판이 열팽창계수가 높다. 그리하여 인바 박판에 열처리를 수행함으로써 열팽창계수를 낮출 수 있는데, 이 열처리 과정에서 인바 박판에 약간의 변형이 생길 수 있다. 따라서, 모판(40)[또는, 기재(41)]과 마스크(20)가 접착된 상태에서 열처리를 수행하면, 모판(40)의 절연부(45)가 차지하는 공간 부분에 형성된 마스크 패턴(PP)의 형태가 일정하게 유지되고, 열처리로 인한 미세한 변형을 방지할 수 있는 이점이 있다. 또한, 도금막(20)으로부터 모판(40)[또는, 기재(41)]을 분리한 후, 마스크 패턴(PP)을 가지는 마스크(20)에 열처리를 수행하여도 인바 박판의 열팽창계수를 낮추는 효과가 있다.
다음으로, 도 5의 (a)를 참조하면, 모판(40)[또는, 음극체(40)]을 도금액(미도시) 바깥으로 들어올린다. 그리고, 프레임(30)의 상부에 도 4의 (c)의 구조물을 뒤집어서 배치한다. 반대로, 도 4의 (c) 구조물에 프레임(30)을 뒤집어서 배치할 수도 있다. 프레임(30)은 도금막(20)을 둘러싸는 형상을 가질 수 있다.
도금막(20)이 접촉하는 프레임(30) 상부에는 접착부(EA)가 형성될 수 있다. 접착부(EA)에 소정의 온도, 압력을 가함으로써 도금막(20)과 프레임(30)이 접착될 수 있기 때문에, 도금막(20)의 테두리 중 적어도 일부를 접착부(EA)에 대응시킬 수 있다.
접착부(EA)는 금속을 포함하고, 필름, 선, 다발 형태 등의 다양한 모양을 가질 수 있다. 접착부(EA)는 약 10 ~ 30㎛의 얇은 두께를 가지기 때문에, 마스크(20)와 프레임(30) 사이에 개재되어도 단차에는 거의 영향을 주지 않는다.
보다 상세하게, 접착부(EA)는 적어도 두 금속의 합금을 포함할 수 있다. 접착부(EA)가 금속 재질이고, 표면에 다른 유기 접착제 등의 처리를 하지 않으므로, 도 5의 (a) 상태에서 접착부(EA)는 도금막(20)과 프레임(30)을 접착시키는 접착력이 다소 부족할 수 있다. 따라서, 도금막(20)과 프레임(30)이 접착부(EA)를 매개체로 하여 대응이 틀어지지 않도록, 소정의 하중을 가하여 임시로 상호 고정 시킬 수 있다. 또는, 도금막(20)과 프레임(30)의 위치가 임시로 고정되도록 클리핑 수단(미도시)을 사용할 수도 있다.
접착부(EA)는 적어도 두 금속의 합금 형태를 가지고, 유테틱(eutectic point) 포인트를 가질 수 있다. 즉, 접착부(EA)는 적어도 두 개의 고상(solid phase)을 포함하고, 특정 온도/압력의 유테틱 포인트에서는 두 개의 금속 고상이 모두 액상(liquid phase)이 될 수 있다. 그리고, 유테틱 포인트를 벗어나면 다시 두 개의 금속 고상이 될 수 있다. 이에 따라, 고상 -> 액상 -> 고상의 상변화를 통해 접착제로서의 역할을 수행할 수 있게 된다.
접착부(EA)는 2가지 금속의 합금 형태를 가질 수 있다. 이 경우, In, Bi, Sn, Au 중 어느 하나로 선택되는 제1 금속, 및 In, Bi, Sn, Ag, Cu, Zn, Bi, Sb, Ge 중 어느 하나로 선택되고, 제1 금속과 상이한 제2 금속을 포함할 수 있다.
또한, 접착부(EA)는 3가지 금속의 합금 형태를 가질 수 있다. 이 경우, In, Bi, Sn, Au 중 어느 하나로 선택되는 제1 금속, In, Bi, Sn, Ag, Cu, Zn, Bi, Sb, Ge 중 어느 하나로 선택되고, 제1 금속과 상이한 제2 금속, 및 Bi, Sn, Ag, Cu, Cd, 중 어느 하나로 선택되고, 제1 금속 및 제2 금속과 상이한 제3 금속을 포함할 수 있다.
또한, 접착부(EA)는 4가지 금속의 합금 형태를 가질 수 있다. 이 경우, In, Bi, Sn, Au 중 어느 하나로 선택되는 제1 금속, In, Bi, Sn, Ag, Cu, Zn, Bi, Sb, Ge 중 어느 하나로 선택되고, 제1 금속과 상이한 제2 금속, Bi, Sn, Ag, Cu, Cd, 중 어느 하나로 선택되고, 제1 금속 및 제2 금속과 상이한 제3 금속, 및 Cu, Sb 중 어느 하나로 선택되고, 제1 금속, 제2 금속 및 제3 금속과 상이한 제4 금속을 포함할 수 있다.
아래 [표 1]은 접착부(EA)를 구성할 수 있는 물질들의 예시이다.
Element 1 and Wt% Element 2 and Wt% Element 3 and Wt% Element 4 and Wt% Solidus ℃ liquidus ℃
In 44 Sn 42 Cd 14 93 93
In 51.5 Bi 32 Sn 16.5 95 95
In 52 Sn 48 120 122
Bi 57 Sn 42 Ag 1 138 140
Bi 57 Sn 43 139 139
In 97 Ag 3 144 144
In 100 156 156
Sn 88.5 In 8 Ag 3 Cu 0.5 195 201
Sn 91.2 Zn 8.8 199 199
Sn 93.5 Bi 5 Ag 1.5 200 225
Sn 93.3 Ag 3.1 Bi 3.1 Cu 0.5 209 212
Sn 92 Bi 4.7 Ag 3.3 210 215
Sn 96.3 Ag 2.5 Cu 0.7 Sb 0.5 210 216
Sn 95 In 5 215 222
Sn 96.5 Ag 3 Cu 0.5 217 218
Sn 95.5 Ag 3.9 Cu 0.6 217 218
Sn 96 Ag 3.5 Cu 0.5 217 218
Sn 96.5 Ag 3.5 221 221
Sn 95 Ag 5 221 240
Sn 99.3 Cu 0.7 227 227
Sn 97 Cu 3 227 300
Sn 100 232 232
Sn 97 Sb 3 232 240
Sn 65 Ag 25 Sb 10 233 233
Au 80 Sn 20 278 278
Au 79 Sn 21 278 290
Au 78 Sn 22 280 303
Au 88 Ge 12 356 356
다음으로, 도 5의 (b)를 참조하면, 접착부(EA)에 소정의 온도/압력(HP)을 인가할 수 있다. 접착부(EA)의 금속들이 고상에서 액상으로 변하기 위한 온도, 압력을 가할 수 있다. 상기 [표 1]에는 유테틱 포인트의 온도가 예시되어 있으므로, 접착부(EA)를 구성하는 금속에 따라서 적절한 온도, 압력을 선택할 수 있다.
한편, 공공(void)이 생기지 않도록 소정의 압력을 가할 수 있고, 유테틱 산화방지를 위해서 산화방지 가스/분위기(inert gas, 진공 등)를 공급하는 별도의 장치(미도시)를 사용할 수 있다. 소정의 온도, 압력의 인가 하에서, 접착부(EA)의 금속들이 고상에서 녹으면서 액상으로 변할 수 있다.
다음으로, 도 5의 (c)를 참조하면, 소정의 온도/압력(HP)의 인가를 해제하면, 액상의 접착부(EA)가 다시 고상의 접착부(EM)로 변하면서 마스크(20)와 프레임(30)을 접착시킬 수 있다. 즉, 마스크(20)와 프레임(30)을 접착하는 고체의 유테틱 접착부(EM)로서 기능할 수 있게 된다.
금속을 포함하는 접착부(EM)[또는, 유테틱 접착부(EM)]는 일반적인 유기 접착제와 다르게 휘발성 유기물을 전혀 포함하고 있지 않다. 따라서, 프레임 일체형 마스크를 OLED 화소 증착 장치(200)에 설치하여 화소 증착 공정을 수행할 때, 유기 접착제의 휘발성 유기물질이 공정 가스와 반응하여 OLED의 화소에 악영향을 주는 것을 방지할 수 있게 된다. 또한, 유기 접착제 자체에 포함된 유기물질 등의 아웃 가스가 OLED 화소 증착 장치(200)의 챔버를 오염시키거나 불순물로서 OLED 화소에 증착되는 악영향을 방지할 수 있게 된다.
또한, 접착부(EM)가 마스크(20)와 프레임(30)을 접착시킨 상태에서 금속 고상으로 남아 있으므로, OLED 유기물 세정액에 의해서 세정되지 않고 내식성을 가질 수 있게 된다. 그리하여, 프레임 일체형 마스크(10)를 반복하여 OLED 화소 공정에 사용하여도 접착부(EM)가 접착 기능을 유지할 수 있게 된다.
또한, 접착부(EM)가 두가지 이상의 금속을 포함하고 있으므로, 유기 접착제에 비해서 동일한 금속 재질인 마스크(20), 프레임(30)과 높은 접착성을 가지고 연결될 수 있다. 즉, 인바 등의 금속 재질인 마스크(20)/프레임(30)간에 표면에서의 결합력이 높다. 게다가 금속 재질이므로, 열에 의한 손상이나 열변형률(열팽창계수)이 낮은 이점이 있다.
위 사항을 모두 종합하여 보면, 본 발명의 접착부(EM)는 유기 접착제에 비해 공정 안정성이 뛰어나고, 마스크(20), 프레임(30)의 사이에서 두 구성을 견고하게 접착시키는 효과를 나타낸다. 이에 따라, 프레임 일체형 마스크(10)의 정렬 신뢰성을 훨씬 향상시킬 수 있다.
한편, 도 5의 (c) 단계에서 접착부(EM)가 액상에서 고상으로 변하면서 도금막(20)과 프레임(30)을 접착할 때, 도금막(20)은 프레임(30) 방향, 또는 외측 방향으로 인장력을 받는 상태로 접착될 수 있다. 액상보다 고상이 부피가 작은 것도 인장력을 작용하는데 기여할 수 있다. 도금막(20)이 외측 방향으로 인장력이 가해지며 팽팽하게 프레임(30) 측으로 당겨진 상태를 유지할 수 있게 되므로, 온도 변화 등에 의해서도 마스크 패턴(PP)의 정렬이 흐트러지지 않게 되는 이점이 있다.
다음으로, 도 5의 (d)를 참조하면, 절연부(45)를 제거할 수 있다. 포토레지스트, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 등의 절연부(45)만을 제거하고, 나머지 구성에는 영향을 주지 않는 공지의 기술을 제한없이 사용할 수 있다. 한편, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물로 절연부(45)가 전도성 기판(41)과 일체로 구성된 경우에는 이들을 제거하는 단계를 생략하고, 도금막(20)으로부터 전도성 기판(41)을 분리하는 것으로 절연부(45)를 같이 제거할 수 있다.
전도성 기판(41)은 마스크(20) 및 프레임(30)의 상부 방향으로 분리할 수 있다. 전도성 기판(41)이 분리되면, 접착부(EM)를 개재하여 프레임(30)에 접착된 마스크(20)의 형태가 나타난다.
도 6은 도 3의 프레임 일체형 마스크(10)를 적용한 OLED 화소 증착 장치(200)를 나타내는 개략도이다.
도 6을 참조하면, 프레임 일체형 마스크(10)를 대상 기판(900)과 밀착시키고, 프레임(30) 부분만을 OLED 화소 증착 장치(200)에 내부에 고정시키는 것만으로 마스크(10)의 정렬이 완료될 수 있다. 마스크(20)의 도금막(20: 20a, 20b)은 접착부(EM)를 매개하여 프레임(30)과 일체로 연결되어 그 테두리가 팽팽하게 지지되므로, 마스크(20)가 하중에 의해 쳐지거나 뒤틀리는 등의 변형이 방지될 수 있다. 이에 따라, 화소 증착에 필요한 프레임 일체형 마스크(10)의 정렬을 명확하게 할 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.
10: 프레임 일체형 마스크
20: 마스크, 도금막
30: 프레임
40: 모판
41: 전도성 기재
45: 절연부
EA, EM: 접착부
100: 마스크, 새도우 마스크, FMM(Fine Metal Mask)
200: OLED 화소 증착 장치
DP: 디스플레이 패턴
HP: 온도/압력 인가
PP: 화소 패턴, 마스크 패턴

Claims (14)

  1. 마스크와 마스크를 지지하는 프레임이 일체로 형성된 프레임 일체형 마스크의 제조 방법으로서,
    (a) 일면 상에 패턴화된 절연부가 형성된 전도성 기판 상에 전주 도금으로 도금막을 형성하는 단계;
    (b) 프레임 상부의 적어도 일부분에 금속을 포함하는 접착부를 형성하고, 도금막의 테두리 중 적어도 일부를 접착부에 대응하는 단계;
    (c) 접착부에 소정의 온도, 소정의 압력 중 적어도 어느 하나를 가하는 단계; 및
    (d) 소정의 온도, 소정의 압력 중 적어도 어느 하나의 인가를 해제하여, 도금막과 프레임을 접착하는 단계
    를 포함하는, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    접착부는 적어도 두 금속의 합금을 포함하는, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    (c) 단계에서, 접착부의 적어도 일부가 고상(solid phase)에서 액상(liquid phase)으로 변하고,
    (d) 단계에서, 접착부의 액상이 다시 고상으로 변하면서 도금막과 프레임을 접착하는, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    접착부는,
    In, Bi, Sn, Au 중 어느 하나로 선택되는 제1 금속; 및
    In, Bi, Sn, Ag, Cu, Zn, Bi, Sb, Ge 중 어느 하나로 선택되고, 제1 금속과 상이한 제2 금속
    을 포함하는, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    접착부는,
    Bi, Sn, Ag, Cu, Cd, 중 어느 하나로 선택되고, 제1 금속 및 제2 금속과 상이한 제3 금속
    을 더 포함하는, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    접착부는,
    Cu, Sb 중 어느 하나로 선택되고, 제1 금속, 제2 금속 및 제3 금속과 상이한 제4 금속
    을 더 포함하는, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    (c) 단계는 불활성 가스 분위기에서 수행하는, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    전도성 기판은 도핑된 단결정 실리콘 재질인, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    절연부는 포토레지스트, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 재질 중 어느 하나인, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    프레임은 도금막을 둘러싸는 형상을 가지는, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    (d) 단계에서, 도금막은 외측으로 인장력을 받는 상태로, 프레임 상부에 접착되는, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    (a) 단계에서,
    절연부 상에서 도금막의 형성이 방지되어 도금막이 패턴을 가지게 되는, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    (a) 단계 이후, 도금막을 열처리하는 단계를 더 수행하는, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    열처리는 300℃ 내지 800℃로 수행하는, 프레임 일체형 마스크의 제조 방법.
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