(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸着物質を通過させるための開口が複数配列された微細マスクパターンが形成されたシャドーマスクの製造装置において、
レーザービームを供給するビーム供給部と、
前記ビーム供給部から供給されたレーザービームの位置および大きさを調節するビーム調節部と、
前記レーザービームを均一な強度分布を有する複数のレーザービームに分岐する回折光学部と、
分岐された複数のレーザービームのそれぞれが一対一で対応して通過するように前記マスクパターンに対応するマスキングパターンが形成され、各分岐されたレーザービームのエッジをシャドーするマスキング部と、
前記マスキング部を通過した前記レーザービーム間の間隔およびパターンを調節するズームレンズ部と、
前記ズームレンズ部を通過した前記レーザービームを一定の縮小率を有するようにベース上に伝達するプロジェクション部と、を含み、
前記マスキング部は、複数設けられ、
複数の前記マスキング部のそれぞれは、互いに異なる幅を有する前記マスキングパターンを有し、
複数の前記マスキング部は、前記ベースが位置した方向に向かうほど幅が狭い前記マスキングパターンを有する前記マスキング部が位置するように設けられ、前記レーザービームが複数の前記マスキングパターンを段階的に経るようにすることを特徴とするレーザーパターニングを用いたシャドーマスクの製造装置。
【請求項２】
前記ビーム供給部から供給される前記レーザービームは、
数十フェムト秒から数百ナノ秒の間のパルス幅を有する金属加工のためのパルスレーザービームであることを特徴とする請求項１に記載のレーザーパターニングを用いたシャドーマスクの製造装置。
【請求項３】
前記ビーム供給部は、レーザーと、前記レーザーの出力端に位置して前記レーザービームを前記ビーム調節部に伝達する複数のミラーと、からなることを特徴とする請求項１に記載のレーザーパターニングを用いたシャドーマスクの製造装置。
【請求項４】
前記ビーム調節部は、
前記レーザービームの位置を自動で補償するビーム安定化モジュールと、
前記レーザービームの大きさを調節するビームエキスパンダーと、からなることを特徴とする請求項１に記載のレーザーパターニングを用いたシャドーマスクの製造装置。
【請求項５】
前記ビーム安定化モジュールは、
前記レーザービームの位置を感知するセンサーと、モーターに装着された複数のミラーと、から構成され、前記レーザービームの位置を自動で補償することを特徴とする請求項４に記載のレーザーパターニングを用いたシャドーマスクの製造装置。
【請求項６】
前記回折光学部は、
ビーム成形機およびビームスプリッターからなる回折光学素子と、
分岐された前記レーザービームを焦点面である前記マスキング部に伝達する焦点レンズ部と、からなることを特徴とする請求項１に記載のレーザーパターニングを用いたシャドーマスクの製造装置。
【請求項７】
前記回折光学素子のビームスプリッターによって１〜５００個のレーザービームに分岐され、分岐された前記レーザービーム間の間隔は前記回折光学素子から作られるパターンの大きさの０．１〜５０倍であることを特徴とする請求項６に記載のレーザーパターニングを用いたシャドーマスクの製造装置。
【請求項８】
前記回折光学素子から作られるパターンの大きさは、ベース上で作られるマスクパターンの大きさに応じて、前記プロジェクション部による１〜５０倍の光学縮小倍率によって決定されることを特徴とする請求項７に記載のレーザーパターニングを用いたシャドーマスクの製造装置。
【請求項９】
複数の前記マスキングパターンが同軸上に設けられることを特徴とする請求項１に記載のレーザーパターニングを用いたシャドーマスクの製造装置。
【請求項１０】
複数の前記マスキング部のそれぞれを用いて前記レーザービームを複数回照射することを特徴とする請求項１に記載のレーザーパターニングを用いたシャドーマスクの製造装置。
【請求項１１】
蒸着物質を通過させるための開口が複数配列された微細マスクパターンが形成されたシャドーマスクの製造装置において、
レーザービームを供給するビーム供給部と、
前記ビーム供給部から供給されたレーザービームの位置および大きさを調節するビーム調節部と、
前記レーザービームを均一な強度分布を有する複数のレーザービームに分岐する回折光学部と、
分岐された複数のレーザービームのそれぞれが一対一で対応して通過するように前記マスクパターンに対応するマスキングパターンが形成され、各分岐されたレーザービームのエッジをシャドーするマスキング部と、
前記マスキング部を通過した前記レーザービーム間の間隔およびパターンを調節するズームレンズ部と、
前記ズームレンズ部を通過した前記レーザービームを一定の縮小率を有するようにベース上に伝達するプロジェクション部と、を含み、
前記マスキング部は、複数の前記マスキングパターンを有する位相シフトマスクから形成され、前記レーザービームをそれぞれで位相シフトが可能な前記マスキングパターンのそれぞれを経るように前記ベース上に照射し、
前記位相シフトマスクの複数の前記マスキングパターンのそれぞれには、階段状に配列された複数の位相シフターが含まれ、前記のレーザービームを互いに異なる角度で位相シフトさせることができることを特徴とするレーザーパターニングを用いたシャドーマスクの製造装置。
【請求項１２】
蒸着物質を通過させるための開口が複数配列された微細マスクパターンが形成されたシャドーマスクの製造装置において、
レーザービームを供給するビーム供給部と、
前記ビーム供給部から供給されたレーザービームの位置および大きさを調節するビーム調節部と、
前記レーザービームを均一な強度分布を有する複数のレーザービームに分岐する回折光学部と、
分岐された複数のレーザービームのそれぞれが一対一で対応して通過するように前記マスクパターンに対応するマスキングパターンが形成され、各分岐されたレーザービームのエッジをシャドーするマスキング部と、
前記マスキング部を通過した前記レーザービーム間の間隔およびパターンを調節するズームレンズ部と、
前記ズームレンズ部を通過した前記レーザービームを一定の縮小率を有するようにベース上に伝達するプロジェクション部と、を含み、
前記マスキング部は、前記レーザービームが透過可能なボディーと、それぞれが前記ボディー上で幅方向に離隔するように形成された複数の遮光膜と、複数の遮光膜間の離隔空間であって前記レーザービームが透過可能な複数の透過領域と、を含むスリットマスクであり、
外殻方向からボディーの中心方向に向かうほど遮光膜の幅が薄くなるように形成され、
外殻方向からボディーの中心方向に向かうほど透過領域の幅が広くなるように形成され、
前記スリットマスク形態である前記マスキング部の上側から前記レーザービームを照射し、相対的に幅が広い透過領域の下側に対応するベース領域に照射されたレーザービームの強度が、相対的に幅が狭い透過領域の下側に対応するベース領域に照射されたレーザービームの強度に比べて強いことを特徴とするレーザーパターニングを用いたシャドーマスクの製造装置。
【請求項１３】
前記ベース上に下側に向かうほど内径が狭くなるマスクパターンが設けられることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載のレーザーパターニングを用いたシャドーマスクの製造装置。
【請求項１４】
前記ズームレンズ部のズームレンジが−７０％〜７０％であることを特徴とする請求項１に記載のレーザーパターニングを用いたシャドーマスクの製造装置。
【請求項１５】
蒸着物質を通過させるための開口が複数配列されたマスキングパターンが設けられたマスキング部をベースの上側に配置するステップと、
前記マスキング部の上側からレーザービームを照射し、前記マスキング部を通過したレーザービームで前記ベースを加工することで、前記ベースに前記マスキングパターンに対応する形態のパターンを構成するステップと、を含み、
前記マスキング部は、複数設けられ、
複数の前記マスキング部は、前記ベースが位置した方向に向かうほど幅が狭い前記マスキングパターンを有する前記マスキング部が位置するように設けられ、最も上側に設けられた前記マスキング部の上側から照射されたレーザービームが複数の前記マスキングパターンを段階的に経るようにして前記ベース上に照射することを特徴とするレーザーパターニングを用いたシャドーマスクの製造方法。
【請求項１６】
複数の前記マスキングパターンが同軸上に設けられることを特徴とする請求項１５に記載のレーザーパターニングを用いたシャドーマスクの製造方法。
【請求項１７】
前記マスキング部は複数設けられ、各マスキング部には前記マスキングパターンが設けられ、
前記マスキングパターンは前記マスキング部の一部領域を上下方向に貫通するように設けられた開口部であり、前記各マスキング部に設けられた前記開口部の幅が異なり、
前記マスキング部の上側から前記レーザービームを照射するステップにおいて、
前記複数のマスキング部のそれぞれを用いて前記レーザービームを照射する複数回のレーザービーム照射ステップを含むことを特徴とする請求項１６に記載のレーザーパターニングを用いたシャドーマスクの製造方法。
【請求項１８】
前記複数のマスキング部のそれぞれを用いて前記レーザービームを照射するステップにおいて、
前記複数回のレーザービーム照射ステップのうち、最後のレーザービーム照射ステップに進むほど、幅が狭い開口部の前記マスキングパターンを有するマスキング部を用いて前記レーザービームを照射することを特徴とする請求項１７に記載のレーザーパターニングを用いたシャドーマスクの製造方法。
【請求項１９】
蒸着物質を通過させるための開口が複数配列されたマスキングパターンが設けられたマスキング部をベースの上側に配置するステップと、
前記マスキング部の上側からレーザービームを照射し、前記マスキング部を通過したレーザービームで前記ベースを加工することで、前記ベースに前記マスキングパターンに対応する形態のパターンを構成するステップと、を含み、
前記マスキング部は、複数の前記マスキングパターンを有する位相シフトマスクであり、
前記位相シフトマスクの複数の前記マスキングパターンのそれぞれには、階段状に配列された複数の位相シフターが含まれ、前記のレーザービームを互いに異なる角度で位相シフトさせることができ、
前記マスキング部の上側から前記レーザービームを照射するステップにおいて、
前記位相シフトマスク形態である前記マスキング部の上側から前記レーザービームを照射し、前記レーザービームをそれぞれで位相シフトが可能な前記マスキングパターンのそれぞれを経るように前記ベース上に照射することを特徴とするレーザーパターニングを用いたシャドーマスクの製造方法。
【請求項２０】
前記マスキング部を用いた前記レーザービーム照射ステップによって、前記ベース上に下側に向かうほど内径が狭くなるマスクパターンが設けられることを特徴とする請求項１５〜１９のいずれか一項に記載のシャドーマスクの製造方法。
【請求項２１】
前記ベースを水平移動させて前記ベースの全面に相互に離隔した複数のマスクパターンを形成することを特徴とする請求項１５〜１９のいずれか一項に記載のレーザーパターニングを用いたシャドーマスクの製造方法。
【請求項２２】
前記ベースは金属を含むことを特徴とする請求項１５〜１９のいずれか一項に記載のレーザーパターニングを用いたシャドーマスクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャドーマスクの製造装置およびレーザーパターニングを用いたシャドーマスクの製造方法に関し、より詳しくは、微細パターンの形成が容易で、製造工程が単純なレーザーパターニングを用いたシャドーマスクの製造装置、および、レーザーパターニングを用いたＦＭＭマスクの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ；Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）、有機ＥＬディスプレイ（ＯＬＥＤ；Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅ）のようなフラットディスプレイの高解像度の品質が要求されることによって、前記フラットディスプレイの製造に必要なパターンが微細化されている。
【０００３】
たとえば、有機ＥＬディスプレイ（ＯＬＥＤ）を製造するためには赤（Ｒ；Ｒｅｄ）、緑（Ｇ；Ｇｒｅｅｎ）、青（Ｂ；Ｂｌｕｅ）、それぞれの有機発光層のパターンを形成しなければならず、前記Ｒ、Ｇ、Ｂパターンと対応する矩形の微細パターンを有するシャドーマスクを用いて蒸着することでパターンを形成する。すなわち、蒸着用シャドーマスクのパターンを通じてＲ、Ｇ、Ｂそれぞれの有機発光材料を通過させると、Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれの発光物質が前記パターンに対応する形態で蒸着される。
【０００４】
かかる蒸着用シャドーマスクは、一般的にインバー（ｉｎｖａｒ）やステンレススチールのような金属材質のマスク（ＦＭＭ；Ｆｉｎｅ  Ｍｅｔａｌ  Ｍａｓｋ）が主に用いられる。
【０００５】
一方、かかるシャドーマスクはフォトリソグラフィー工程を通じて製造される。すなわち、まず金属材質からなるベース基材上面にフォトレジストをコーティングするステップ、フォトレジストを加熱するステップ（プリベーク）、蒸着用シャドーマスクに形成しようとするパターンと対応するパターンを有するフォトマスクをフォトレジストが塗布されたベース基材上に配置したのち露光するステップ、露光後に現像および加熱（ポストベーク）するステップ、ウェットエッチングステップ、残留するフォトレジストを除去するステップ、を経る。
【０００６】
ところが、上述したように、ＵＨＤのような高解像度モバイルの有機ＥＬディスプレイ（ＯＬＥＤ）を製造するためには微細パターンを形成しなければならないが、このためには蒸着用マスクのパターンも微細化する必要がある。理想的には、４５度のテーパー状の形状を有するパターンを通過して放射状に蒸着される有機物質が被蒸着面に到達する際に、加工面の急峻な構造のために均一に塗布されることが妨げられる効果、すなわち、いわゆるシャドー効果を防止しなければならない。
【０００７】
たとえば、５００ｐｐｉ以上の高解像度ディスプレイを製造するためには３０μｍ以下の微細パターンを形成しなければならず、そのためには３０μｍ以下の微細パターンを有する蒸着用ＦＭＭシャドーマスクを製造しなければならない。しかし、上述のフォトリソグラフィー工程による方法は、エッチングが等方的に進行するというウェットエッチングの原理的な課題によって、扇形のテーパー形状を有する３０μｍ以下の微細パターンを加工しにくい問題があり、これを解決するためにフィルムの厚さを薄くして、パターン形成時に上述したウェットエッチングを前面と背面とで反復しなければならない短所がある。
【０００８】
現在、厚さが約２０μｍの金属フィルムをベース基材として使用するが、シャドーマスクが薄いと制御または取扱い困難であり、大面積の工程時にはマスクが垂れ下がる問題が発生する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、レーザーを用いて、いくつかの工程を経ずにベース上に微細パターンを直接加工する装置に関し、要求されるパターンの大きさおよび間隔に応じて適切に設計された光学系およびマスクプロジェクションを用いてシャドーマスクの製作が可能な、レーザーパターニングを用いたシャドーマスクの製造装置を提供することをその目的とする。
【００１０】
また、本発明は有機物蒸着などに使用されるシャドーマスクに必須要素である線形的テーパーを含み、ウェットエッチング法で実現することが難しい２０μｍ以下の微細パターンの形成が容易であり、製造工程を単純化させたレーザーパターニング方法を用いるシャドーマスクの製造方法を提供し、１０μｍ級のパターンが必要なモバイル用ＵＨＤ高解像度ＡＭＯＬＥＤなどの製作を可能にする。
【００１１】
また、本発明は微細パターンを有しながら実際の工程に適用する際に作業または制御が容易であり、大面積への適用時にシャドーマスクの垂れ下がりなどを補完して工程の安定性を確保することができるようにし、より厚いシャドーマスクフィルムの使用が可能になるシャドーマスクの製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために、本発明は、レーザーパターニングを用いた、微細マスクパターンが形成されたシャドーマスクの製造装置において、レーザービームを供給するビーム供給部と、前記ビーム供給部から供給されたレーザービームの位置および大きさを調節するビーム調節部と、前記レーザービームを均一な強度分布を有する複数のレーザービームに分岐する回折光学部と、分岐されたレーザービームのそれぞれが一対一で対応して通過するように前記マスクパターンに対応するマスキングパターンが形成され、各分岐されたレーザービームのエッジをシャドーするマスキング部と、前記マスキング部を通過したレーザービーム間の間隔およびパターンを調節するズームレンズ部と、前記ズームレンズ部を通過したレーザービームを一定の縮小率を有するようにベース上に伝達するプロジェクション部と、を含むことを特徴とするレーザーパターニングを用いたシャドーマスクの製造装置を技術的要旨とする。
【００１３】
また、前記ビーム供給部から供給されるレーザービームは、数十フェムト秒から数百ナノ秒の間のパルス幅を有する金属加工のためのパルスレーザービームであることが好ましい。
【００１４】
また、前記ビーム供給部は、レーザーと、前記レーザー出力端に位置してレーザービームを前記ビーム調節部に伝達する複数のミラーと、からなることが好ましい。
【００１５】
また、前記ビーム調節部は、レーザービームの位置を自動で補償するビーム安定化モジュールと、レーザービームの大きさを調節するビームエキスパンダーと、からなることが好ましい。前記ビーム安定化モジュールは、レーザービームの位置を感知するセンサーと、モーターに装着された複数のミラーと、から構成され、レーザービームの位置を自動で補償することが好ましい。
【００１６】
また、前記回折光学部は、ビーム成形機およびビームスプリッターからなる回折光学素子と、分岐されたレーザービームを焦点面である前記マスキング部に伝達する焦点レンズ部と、からなることが好ましい。レーザービームは、前記回折光学素子のビームスプリッターによって１〜５００個のレーザービームに分岐され、分岐されたレーザービーム間の間隔は前記回折光学素子から作られるパターンの大きさの０．１〜５０倍であることが好ましい。
【００１７】
ここで、前記回折光学素子から作られるパターンの大きさは、ベース上で作られるマスクパターンの大きさに応じて、前記プロジェクション部による１〜５０倍の光学縮小倍率によって決定されることが好ましい。
【００１８】
一方、前記ズームレンズ部は、ズーム範囲が−７０％〜７０％であることが好ましい。
【００１９】
また、本発明は、製造しようとするマスクパターンに対応するマスキングパターンが設けられたマスキング部をベースの上側に配置するステップ、および、前記マスキング部の上側からレーザービームを照射し、前記マスキング部を通過したレーザービームで前記ベースを加工することで、前記ベースに前記マスキングパターンに対応する形態のパターンを構成するステップ、を含み、前記マスキングパターンは互いに異なる幅を有するように複数設けられ、前記ベースが位置した方向に向かうほど幅が狭いマスキングパターンが位置するように設けられ、前記マスキング部の上側から照射されたレーザービームが前記複数のマスキングパターンを段階的に経るようにして前記ベース上に照射する、ことを特徴とするシャドーマスクの製造方法を技術的要旨とする。
【００２０】
ここで、前記複数のマスキングパターンは、同軸上に設けられることが好ましい。
【００２１】
また、前記マスキング部は複数設けられ、各マスキング部にはマスキングパターンが設けられ、前記マスキングパターンは前記マスキング部の一部領域を上下方向に貫通するように設けられた開口部であり、前記各マスキング部に設けられた前記開口部の幅が異なり、前記マスキング部の上側からレーザービームを照射するステップにおいて、前記複数のマスキング部のそれぞれを用いて前記レーザービームを照射する複数回のレーザービーム照射ステップを含むことが好ましい。
【００２２】
ここで、前記複数のマスキング部のそれぞれを用いて前記レーザービームを照射するステップにおいて、前記複数回のレーザービーム照射ステップのうち、最後のレーザービームの照射ステップに進むほど、幅が狭い開口部のマスキングパターンを有するマスキング部を用いてレーザービームを照射することが好ましい。
【００２３】
また、前記マスキング部は互いに異なる幅を有し、前記レーザービームを互いに異なる角度で位相シフトさせることができる複数のマスキングパターンを有する位相シフトマスクであり、前記マスキング部の上側からレーザービームを照射するステップにおいて、前記位相シフトマスク形態である前記マスキング部の上側からレーザービームを照射し、前記レーザービームをそれぞれで位相シフトが可能な前記各マスキングパターンを経るように前記ベース上に照射することが好ましい。
【００２４】
また、前記マスキング部は、レーザービームが透過可能なボディーと、それぞれが前記ボディー上で幅方向に離隔するように形成された複数の遮光膜と、複数の遮光膜間の離隔空間であってレーザービームが透過可能な複数の透過領域と、を含むスリットマスクであり、
外殻方向からボディーの中心方向に向かうほど遮光膜の幅が薄くなるように形成され、
外殻方向からボディーの中心方向に向かうほど透過領域の幅が広くなるように形成され、
前記スリットマスク形態である前記マスキング部の上側からレーザービームを照射し、相対的に幅が広い透過領域の下側に対応するベース領域に照射されたレーザービームの強度が、相対的に幅が狭い透過領域の下側に対応するベース領域に照射されたレーザービームの強度に比べて強いことが好ましい。
【００２５】
一方、前記マスキング部を用いたレーザービーム照射ステップによって、前記ベース上に下側に向かうほど内径が狭くなるマスクパターンが設けられることが好ましい。
【００２６】
また、前記ベースを水平移動させて前記ベースの全面に相互に離隔した複数のマスクパターンを形成することが好ましい。
【００２７】
また、前記ベースは金属を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明は、レーザーを用いて複数の工程を経ずにベース上に微細パターンを直接加工する装置に関し、要求されるパターンの大きさおよび間隔に応じて適切に設計された光学系およびマスクプロジェクションを用いて微細パターンが形成されたシャドーマスクの製作を可能にする。
【００２９】
また、明確なイメージパターニングを行うためにマスキング部を通じてエッジシャープニングが実現されるようにし、マスキングパターンを一対一で通過したレーザービームは各パターンに一定の縮小倍率で対応してベース上に照射されるようにし、微細パターニングを可能にする。
【００３０】
また、本発明の実施例に係るシャドーマスクの製造方法によれば、レーザービームを照射してベース上にパターンを加工する方法でシャドーマスクを製造することによって、フォトリソグラフィー工程を通じて製造する従来の方法に比べ、その製造方法を単純化することができる。このため、従来のシャドーマスクの製造方法に比べてマスク製造に要する時間を短縮することができる。
【００３１】
そして、従来のフォトリソグラフィー工程を用いたシャドーマスクの製造の際には、フォトレジストを塗布するコーティング機、加熱するヒーター、露光機、現像手段、エッチング手段、ストリップ手段など多様な手段および装備を必要とする。一方、本発明によるシャドーマスクの製造方法の場合、レーザービームを照射することができるレーザーおよび光学系と、マスクプロジェクションと、を用いてシャドーマスクを製造することができ、従来に比べてシャドーマスク製造のための設備が簡単になり、これによって維持補修のためのコストも節約することができる効果がある。
【００３２】
また、環境的な側面においては、本発明のようなレーザー直接加工によって、フォトリソグラフィー工程で不可避な毒性の化学物質の使用、廃棄、空気および水質の汚染、現場作業者の人体への潜在的な影響、などを、全面的に排除することができる効果がある。
【００３３】
また従来は、扇形テーパー形状の形成が不可能である、等方的にエッチングが行われるという限界を有するフォトリソグラフィー工程を通じてテーパー形状を有する微細パターンを加工しなければならなかったため、ベースを２０μｍ程度に薄くせざるを得ず、このように薄いシャドーマスクは制御または取扱いが非常に困難であるという課題があった。しかし、本発明ではフォトリソグラフィー工程ではなく、レーザービームを用いてベースを加工してパターンを加工するので、シャドーマスクを従来に比べて厚くすることができ、これによって基板上に薄膜パターンを形成するときにシャドーマスクの制御または取扱いが容易になる長所があり、大面積に適用する場合にシャドーマスクが垂れ下がることを最小化または防止することができる。
【００３４】
そして、マスキング部を用いずにレーザーだけを用いてベースを加工してシャドーマスクを製造する方法に比べ、テーパー形状のパターンを簡単な方法で加工することができ、ガルバノスキャナーの使用による位置精度の問題を解決することができる。また、レーザービームを照射してベースと反応する際の発熱を最小化できるナノ秒またはフェムト秒のレーザーを使用できるため、熱によるシャドーマスクの不良の発生を防止できる。そして、回折光学系を含む光照射装置を用いることで、ベース上に複数のパターンを同時に形成することができ、製造効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施例に係る方法で製造されるシャドーマスクを上側から見た平面図。
【図２】図１の断面図。
【図３】本発明によるレーザーパターニングを用いたシャドーマスクの製造装置の模式図。
【図４】本発明によるレーザーパターニングを用いたシャドーマスクの製造装置におけるレーザービームの形態を示す模式図。
【図５】本発明の第１実施例に係る方法でシャドーマスクを製造する方法を手順に沿って示す図。
【図６】本発明の第１実施例に係る方法でシャドーマスクを製造するために設けられた複数のマスキング部の説明図。
【図７】本発明の第２実施例に係る方法でシャドーマスクを製造する方法を手順に沿って示す図。
【図８】本発明の第２実施例に係る方法によってシャドーマスクを製造するために設けられたマスキング部の説明図。
【図９】本発明の第３実施例に係る方法でシャドーマスクを製造する方法を手順に沿って示す図。
【図１０】本発明の第３実施例に係る方法でシャドーマスクを製造するために設けられたマスキング部の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本発明は、複数の工程を経ずに、レーザーを用いてベース上にピクセル形態のパターンを直接加工する装置に関し、要求されるパターンの大きさおよび間隔に応じて適切に設計された光学系およびマスクプロジェクションを用いてシャドーマスクの製作が可能なレーザー装置に関する。
【００３７】
また、本発明は、レーザーを用いてベース上に微細マスクパターンを加工してシャドーマスクを製造する方法に関し、フォトリソグラフィー工程を通じて製造する従来の方法に比べ、その製造方法を単純化することができる。このため、従来のマスクの製造方法に比べてシャドーマスク製造に要する時間を短縮することができる。
【００３８】
以下では、添付の図面を参照して本発明について詳しく説明する。図１は本発明の実施例に係る方法で製造されるシャドーマスクを上側から見た平面図であり、図２は図１の断面図であり、図３は本発明によるレーザーパターニングを用いたシャドーマスクの製造装置の模式図であり、図４は本発明によるレーザーパターニングを用いたシャドーマスクの製造装置におけるレーザービームの形態を示した模式図である。
【００３９】
図１および図２に示されたように、本発明によるシャドーマスク１００は蒸着対象物（以下、基板（Ｓ））上に蒸着しようとする原料が通過可能な複数のマスクパターン１２０が相互に離隔して形成された構造である。すなわち、シャドーマスク１００はベース１１０と、それぞれがベース１１０を上下に貫通するように設けられた複数のマスクパターン１２０と、を含む。
【００４０】
ここで、複数のマスクパターン１２０のそれぞれの形状と、複数のマスクパターン１２０が配置された形状または配置構造（すなわち、マスクのパターン）は、被蒸着物である基板（Ｓ）上に蒸着しようとする薄膜１０のパターンに対応する形状である。ここで、複数のマスクパターン１２０のそれぞれは、上述したように蒸着原料が通過する領域であり、前記ベース１１０の領域のうち、複数のマスクパターン１２０が形成された領域を除く領域は蒸着原料が通過しない遮断領域である。
【００４１】
すなわち、前記シャドーマスク１００は原料が通過できないように遮断する領域である遮断領域と、遮断領域上に相互に離隔して形成された、原料が通過可能な複数のマスクパターン１２０と、からなり、上述したように、複数のマスクパターン１２０が配置された形状または配置構造がマスクのパターンである。
【００４２】
かかるマスクパターンを有するシャドーマスク製造のための本発明によるレーザーパターニングを用いたシャドーマスクの製造装置は、図３に示されたように、レーザーパターニングを用いた微細マスクパターンが形成されたシャドーマスクの製造装置において、レーザービームを供給するビーム供給部２００と、前記ビーム供給部２００から供給されたレーザービームの位置および大きさを調節するビーム調節部２１０と、前記レーザービームを均一な強度分布を有する複数のレーザービームに分岐する回折光学部２２０と、前記分岐されたレーザービームそれぞれが一対一で対応して通過するように前記マスクパターンに対応するマスキングパターンが形成され、各分岐されたレーザービームのエッジをシャドーするマスキング部２３０、２４０、２５０と、前記マスキング部２３０、２４０、２５０を通過したレーザービーム間の間隔およびパターンを調節するズームレンズ部２６０と、前記ズームレンズ部２６０を通過したレーザービームを一定の縮小率を有するようにベース１１０上に伝達するプロジェクション部２７０と、からなる。
【００４３】
本発明によるビーム供給部２００はレーザービームを供給する。好ましくは、金属からなるベースの加工に適した数十フェムト秒から数百ピコ秒の間のパルス（超短波パルス）幅を有するパルスレーザービームを供給する。
【００４４】
また、前記ビーム供給部２００は前記パルス幅のレーザービームを出力するレーザー２０１と、前記レーザー２０１の出力端に位置してレーザービームをビーム調節部２１０に伝達する複数のミラー２０２と、から構成される。
【００４５】
たとえば、前記レーザー２０１はＸｅＦ、ＫｒＦ、ＡｒＦ、ＸｅＣｌなどのナノ秒領域のエキシマレーザー、ナノ秒領域の固体レーザー、ピコ秒水準のパルス幅を有するピコ秒レーザー、または、フェムト秒水準のパルス幅を有するフェムト秒レーザー、を使用することができる。またレーザーの波長は、レーザーの種類を問わず、赤外線領域から可視光線および紫外線領域まで、すべて使用することができる。もちろんレーザーの種類は上述した種類に限定されず、製造しようとするシャドーマスクの基本材料となるベースにパターニング加工が可能な、多様な種類のレーザーの適用が可能である。
【００４６】
そして、前記ビーム調節部２１０は前記ビーム供給部２００から供給されたレーザービームの位置と大きさを調節する。すなわち、レーザーから伝達されたレーザービームの調整、たとえば、位置補正と、光学系に適したレーザービームの大きさへの調節と、を行うためのものである。
【００４７】
具体的には、前記ビーム調節部２１０はレーザービームの位置を自動で補償するビーム安定化モジュール２１１と、レーザービームの大きさを調節するビームエキスパンダー２１２と、からなる。
【００４８】
前記ビーム安定化モジュール２１１は、レーザービームの位置を自動で補償する機能を有するものであって、レーザービームの位置の変化によって性能が大きく影響される、後述する回折光学部２２０の回折光学素子の性能を補完するためのものである。
【００４９】
具体的には、前記ビーム安定化モジュール２１１は、レーザービームの位置を感知するセンサーと、モーターに装着された複数のミラーと、から構成され、レーザービームの位置を自動で補償する。すなわち、レーザービームの基準位置にズレがある場合、前記ミラーの自動動作によってレーザービームを基準位置に移動させ、回折光学素子の性能を補完する。
【００５０】
そして、前記ビームエキスパンダー２１２はレーザービームの大きさを調節するものであって、具体的には、ガリレオ式ビームエキスパンダーを使用して、レーザービームが収斂しない方式でレーザービームの大きさを調節するようにし、二個以上のレンズを用いて後述する回折光学部２２０に適したレーザービームの大きさに調節する。また、前記ビームエキスパンダー２１２は超短波パルスレーザーで発生しうる、焦点領域におけるエアブレイクダウンを防止する役割をする。
【００５１】
そして、前記回折光学部２２０は上述したように光学系に合わせて制御されたガウス分布を有するレーザービームを均一な強度分布を有する複数のレーザービームに分岐するものであって、具体的にはビーム成形機２２１およびビームスプリッター２２２からなる回折光学素子と、分岐されたレーザービームを焦点面である前記マスキング部２３０、２４０、２５０に伝達する焦点レンズ部と、からなる。
【００５２】
前記回折光学素子はビームの成形および分岐の二つの機能が同時に実現されるようにするものであって、ビーム成形機２２１およびビームスプリッター２２２から構成される。前記ビーム成形機２２１は通常フラットトップ形態の均一なビーム分布を形成するようにし、前記ビームスプリッター２２２によって１〜５００個のレーザービームに分岐される。分岐されたレーザービーム間の相互の間隔は前記回折光学素子から作られるパターンの大きさの０．１〜５０倍が好ましい。
【００５３】
ここで、前記回折光学素子から作られるパターンの大きさは、ベース１１０上に形成されるマスクパターンの大きさに応じて、前記プロジェクション部２７０による１〜５０倍の光学縮小倍率によって決定される。たとえば、ベースで２０μｍのマスクパターンが、５倍の光学縮小倍率でプロジェクション部２７０が実現されるとき、マスキング部２３０、２４０、２５０でのパターンの大きさが１００μｍになるように回折光学素子を構成する。
【００５４】
このようなビーム成形機２２１およびビームスプリッター２２２によって、照射されるレーザービームが複数になるので、同時に複数のパターンを形成することができ、シャドーマスク製造を生産する効率が向上する効果がある。
【００５５】
また、工程時の高速移動および温度に敏感である、スキャンフィールドの歪曲が生じる、大面積の工程でフィールド移動時にフィールド間のスティッチエラーが発生しうる、といった課題を有するガルバノスキャナーの使用を排除し、パターンを基板上に正確に位置決めすることができる長所がある。
【００５６】
そして、前記回折光学素子から出力される分岐されたレーザービームは、前記焦点レンズ部を通過して焦点面である前記マスキング部２３０、２４０、２５０に伝達され、均一な強度分布のレーザービームを形成する役割をする。
【００５７】
そして、前記マスキング部２３０、２４０、２５０は、前記回折光学素子から分岐されたレーザービームのそれぞれが一対一で対応して通過するように、前記マスクパターンに対応するマスキングパターンが形成され、各分岐されたレーザービームのエッジをマスキングし、レーザービームのエッジ部が明確なイメージを形成する。すなわち、明確なイメージへのパターニングをするためにマスキング部２３０、２４０、２５０を通じてエッジシャープニングを実現し、マスキングパターンを一対一で通過したレーザービームをベース上に各パターンに一定の縮小倍率で対応して照射するようにし、微細パターニングが可能になる。
【００５８】
このようなマスキング部２３０、２４０、２５０はレーザービームのエネルギーに応じて、ガラスまたは石英の上にクロムコーティングされた材質、メタルマスク、または、誘電体マスク、などを使用することができ、一般的にラインビームなどを構成して一定の間隔があるマスキングパターンでスクリーンする場合、パターンがない部分における損失が避けられないが、この方法に比べてパターンの位置にだけビームを送ることでレーザー光の利用効率を高めることができる。
【００５９】
また、前記マスキング部２３０、２４０、２５０はマスキングパターンが互いに異なる幅を有するように複数設けられ、前記ベース１１０が位置した方向に向かうほど幅が狭いマスキングパターンが位置するように設けられ、レーザービームが前記複数のマスキングパターンを段階的に経るようにする。これに対する詳しい説明は後述する。
【００６０】
そして、前記ズームレンズ部２６０は前記マスキング部２３０、２４０、２５０を通過したレーザービーム間の間隔およびパターンを調節するものであって、一般的にレーザービームのパターンの大きさを調節するためには回折光学素子とマスキング部２３０、２４０、２５０との大きさを変えなければならないが、前記ズームレンズ部２６０によってレンズ間の間隔を調節してパターンの形態とその間隔を調節する。
【００６１】
このようなズームレンズ部２６０はズームレンジが−７０％〜７０％程度になるようにし、レーザービームのパターンの大きさをマスクパターンに応じて調節することができるようにする。
【００６２】
そして、前記プロジェクション部２７０は前記ズームレンズ部２６０を通過したレーザービームを一定の縮小率を有するようにベース１１０上に伝達するものであって、マスキング部２３０、２４０、２５０を通過したレーザービームのイメージを一定の縮小率を有して基板のイメージ面に伝達する役割をし、これによって形成されたパターンの大きさは１００ｎｍから１０００μｍ程度になる。
【００６３】
このような本発明によるシャドーマスクの製造装置によってシャドーマスク１００を製造すると、図２に示されたように、シャドーマスク１００のマスクパターン１２０の形状は、蒸着対象物である基板（Ｓ）が位置した方向にその直径または内径が狭くなる形状、言い換えれば、マスクパターン１２０の横断面の形状が、たとえば台形の形状である。言い換えれば、マスクパターン１２０を囲むベース１１０の内壁面１１１は所定の傾斜を有し、このとき内壁面１１１は、基板（Ｓ）の位置した方向に向かうほど内壁面１１１間の離隔距離が近くなるように、または収束するように、傾斜した形状である。
【００６４】
このようにシャドーマスク１００のマスクパターン１２０が傾斜を有するようにすることは、基板（Ｓ）上に薄膜１０を蒸着するときに、薄膜１０の幅方向に均一な厚さで蒸着されるようにするためである。たとえば、シャドーマスク１００のマスクパターン１２０が傾斜せず、基板（Ｓ）上部面に対して垂直な形状の場合、前記マスクパターン１２０のエッジ領域に対応する基板（Ｓ）上部面の領域に蒸着される薄膜の厚さが、他の領域に比べて薄くなる現象であるシャドー現象が発生する。言い換えれば、薄膜幅方向において、エッジの領域の厚さが中央領域に比べて薄く、厚さが不均一になるシャドー現象が発生する。
【００６５】
したがって、シャドー現象の発生を防止し、均一な厚さの薄膜１０パターンを形成するためには、蒸着原料が通過するマスクパターン１２０が傾斜を有する形状に製造されなければならない。
【００６６】
本発明では、傾斜した形状の複数のマスクパターンを有するシャドーマスクを製造するにあたり、本発明の実施例に係る方法で、図２のように、傾斜を有するマスクパターン１２０が複数設けられたパターンを有するシャドーマスク１００を製造する。
【００６７】
前記のような本発明によるレーザーパターニングを用いたシャドーマスクの製造装置を通過したレーザービームの形態を図４に示した。これは図３の各番号に該当する部分に対するレーザービームの形態を正面から見たものである。
【００６８】
番号１はビーム供給部２００のレーザーから供給されたレーザービームがビーム調節部２１０のビームエキスパンダーを通過した場合のレーザービームの形態を示したものである。番号２は回折光学部２２０を示したものであり、番号３は前記回折光学部２２０を通過して分岐されたレーザービームの形態を示したものである。番号４はマスキング部２３０、２４０、２５０を示したものであり、番号５はマスキング部２３０、２４０、２５０を通過したレーザービームの形態を示したものである。番号６はズームレンズ部２６０を通過したレーザービームの形態を示したものであり、番号７はプロジェクション部２７０を通過した最終レーザービームの形態でベース上に照射されるレーザービームの形態を示したものである。
【００６９】
ここで、回折光学部２２０（番号２）を通過してレーザービームが分岐され、分岐されたレーザービームはそれぞれ一対一で対応してマスキング部２３０、２４０、２５０のマスキングパターンを通過し、マスキング部２３０、２４０、２５０（番号４）を通過したレーザービームの形態（番号５）は、前記マスキング部２３０、２４０、２５０を通過しながらエッジシャープニングが実現され、微細レーザーパターニングが可能になっている。また、番号６はズームレンズ部２６０を通過したレーザービームの形態に該当し、ズームレンズ部２６０ではレンズ間の距離を調節し、レーザービームパターンの大きさや間隔を調節する。
【００７０】
以下では、本発明によるレーザーパターニングを用いたシャドーマスクの製造方法について説明する。
【００７１】
図５は本発明の第１実施例に係る方法でシャドーマスクを製造する方法を手順に沿って示す図であり、便宜上、ズームレンズ部２６０およびプロジェクション部２７０は省略して示している。図６は本発明の第１実施例に係る方法によってシャドーマスクを製造するために設けられた複数のマスキング部２３０、２４０、２５０を説明するための図である。
【００７２】
第１実施例に係るシャドーマスクの製造方法のためのシャドーマスクのマスキングパターンはマスキング部２３０、２４０、２５０を上下方向に貫通する開口２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃの形態である。すなわち、第１実施例ではそれぞれにレーザービーム（Ｌ）が通過する開口２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃを有し、開口２３１ａ、２１３ｂ、２３１ｃの大きさが互いに異なる複数のマスキング部２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃを順次用いてレーザービーム（Ｌ）を透過させてベース１１０を加工することで、傾斜を有するマスクパターン１２０が設けられたシャドーマスク１００を製造する。
【００７３】
まず、図６を参照し、複数のマスキング部２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃについて説明する。マスキング部２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃはたとえば３個設けられ、以下では、第１マスキング部２３０ａ、第２マスキング部２３０ｂ、および、第３マスキング部２３０ｃ、として説明する。
【００７４】
ここで、第１マスキング部２３０ａは最初にレーザービーム（Ｌ）照射のために使用され、３個のマスキング部のうち開口（以下、第１開口２３１ａ）の面積が最も大きい。第２マスキング部２３０ｂは第１マスキング部２３０ａの次に使用され、第１マスキング部２３０ａの第１開口２３１ａに比べて小さな面積の開口（以下、第２開口）を有する。
【００７５】
また、第３マスキング部２３０ｃは最後に使用され、第２マスキング部２３０ｂの第２開口２３１ｂに比べて小さな面積の開口（以下、第３開口２３１ｃ）を有する。そして第１〜第３マスキング部２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃそれぞれに設けられた第１〜第３開口２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃは同軸上に設けられる。
【００７６】
また、第１〜第３開口２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃの面積は回折光学部２２０を通過するレーザービーム（Ｌ）の面積に比べて小さい。このとき、レーザービーム（Ｌ）は常に同一の面積で照射されるが、その面積は第１開口２３１ａに比べて大きい。
【００７７】
よって、前記回折光学部２２０を通過したレーザービーム（Ｌ）の面積は第１〜第３開口２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃの面積に比べて大きい。したがって、回折光学部２２０から照射されるレーザービーム（Ｌ）のうち、第１〜第３開口２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃを通過するレーザービーム（Ｌ）は、ズームレンズ部２６０およびプロジェクション部２７０を通過してベース１１０上に照射され、前記第１〜第３開口２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃの外側の領域に向かうレーザービーム（Ｌ）は遮蔽または遮光されてベース１１０に到達しない。ここで、必要に応じてシャドーマスク上に形成されるマスクパターンの大きさに応じて前記ズームレンズ部２６０をなすレンズ間の間隔を調節してレーザービーム間の間隔およびパターンを調節してベース１１０に照射することができる。
【００７８】
前記では３個のマスキング部２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃを使用するものとして説明したが、これに限定されず、２個または４個以上のマスキング部を使用することもできる。
【００７９】
また、第１〜第３マスキング部２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃはクロム系物質からなるが、これに限定されず、レーザービーム（Ｌ）の遮蔽または遮光が可能なさまざまな材料を適用することができる。
【００８０】
以下、図１〜図６を参照し、本発明の第１実施例に係るシャドーマスクの製造方法を説明する。
【００８１】
まず、ベース１１０を用意してステージ１３０上に配置する。ここで実施例に係るベース１１０は金属、たとえばインバー合金からなるプレート形状である。
【００８２】
そして、回折光学部２２０を通過したレーザービームが、マスキング部を通過したのち、ズームレンズ部２６０およびプロジェクション部２７０を通過してベース１１０上側に到達するようにする。ここで、マスクパターンの大きさおよび形態に応じて前記ズームレンズ部２６０をなすレンズの間隔を調節して合わせる。続いて、前記ビーム供給部２００を動作させてレーザービーム（Ｌ）を出力すると、前記レーザービーム（Ｌ）が、第１マスキング部２３０ａの第１開口２３１ａ、ズームレンズ部２６０、および、プロジェクション部２７０、を通過してベース１１０上に照射される。
【００８３】
このとき、回折光学部２２０から第１マスキング部２３０ａに照射されるレーザービーム（Ｌ）の面積が第１開口２３１ａの面積に比べて広く形成され、かかるレーザービーム（Ｌ）が前記マスキング部を通過するように構成すると、エッジシャープニングが実現され、微細レーザーパターニングが可能になる。よって、回折光学部２２０から第１マスキング部２３０ａに向けて照射されるレーザービーム（Ｌ）のうち、第１開口２３１ａを通過するレーザービーム（Ｌ）だけがベース１１０上に照射され、前記第１開口２３１ａ以外の領域に照射されるレーザービーム（Ｌ）は遮蔽される。
【００８４】
言い換えれば、回折光学部２２０から照射されたレーザービーム（Ｌ）の面積は第１マスキング部２３０ａの第１開口２３１ａに比べて広いが、第１マスキング部２３０ａによって第１開口２３１ａと対応する面積に調節されたレーザービーム（Ｌ）がベース１１０上に照射される（図５の（ａ）参照）。レーザービーム（Ｌ）が第１開口２３１ａと対応する面積でベース１１０上に所定のあいだ照射されると、ベース１１０のレーザービーム（Ｌ）が照射された領域で結合構造が切断されるなどの反応現象が起こり、ベース１１０の前記レーザービーム（Ｌ）が照射された領域が所定の深さにエッチングされる。
【００８５】
したがって、図５の（ｂ）に示されたように、所定の深さを有する溝（以下、第１溝１２１）が設けられる。
【００８６】
第１マスキング部２３０ａによってベース１１０に第１溝１２１が設けられると、第１マスキング部２３０ａをベース１１０の外側に移動し、前記ベース１１０の上側に第２マスキング部２３０ｂを配置する。
【００８７】
このとき、ベース１１０に設けられた第１溝１２１の中心と、第２マスキング部２３０ｂの第２開口２３１ｂの中心と、が同軸上に位置するように、前記第２マスキング部２３０ｂの位置を調節する。
【００８８】
以後、レーザービーム（Ｌ）を出力すると、図５の（ｂ）に示されたように、前記レーザービーム（Ｌ）が第２マスキング部２３０ｂの第２開口２３１ｂを通過してベース１１０上に照射される。このとき、回折光学部２２０から第２マスキング部２３０ｂに照射されるレーザービーム（Ｌ）の面積は第２開口２３１ｂの面積に比べて広い。
【００８９】
よって、回折光学部２２０を通過して第２マスキング部２３０ｂに向けて照射されるレーザービーム（Ｌ）のうち、第２開口２３１ｂを通過するレーザービーム（Ｌ）だけがベース１１０上に照射され、前記第２開口２３１ｂ以外への領域の位置に照射されるレーザービーム（Ｌ）は遮蔽される。
【００９０】
すなわち、レーザービーム（Ｌ）は第２マスキング部２３０ｂによって第２開口２３１ｂと対応する面積に調節されて照射される（図５の（ｂ）参照）。そして、第２開口２３１ｂを通過して照射されるレーザービーム（Ｌ）は第１溝１２１に向けて照射され、その面積は第１溝１２１の底面に比べて小さい。
【００９１】
このようなレーザービーム（Ｌ）が第１溝１２１の底面に向けて所定のあいだ照射されると、ベースのレーザービーム（Ｌ）が照射された領域で結合構造が切断されるなどの反応現象が起こり、所定の深さにエッチングされることによって、図５の（ｃ）のように第１溝１２１下側に第２溝１２２が設けられる。
【００９２】
そして、第２マスキング部２３０ｂによってベース１１０に第２溝１２２が設けられると、第２マスキング部２３０ｂを外側に移動し、回折光学部２２０とズームレンズ部２６０との間に第３マスキング部２３０ｃを配置する。
【００９３】
このとき、ベース１１０に設けられた第２溝１２２の中心と、第３マスキング部２３０ｃの第３開口２３１ｃの中心と、が同軸上に位置するように、前記第３マスキング部２３０ｃの位置を調節するか、あるいは、ズームレンズ部２６０およびプロジェクション部２７０を用いてレーザービームの位置を調節する。以後、ビーム供給部２００を動作させてレーザービーム（Ｌ）を出力すると、図５の（ｃ）に示されたように、前記レーザービーム（Ｌ）が第３マスキング部２３０ｃの第３開口２３１ｃを通過してズームレンズ部２６０およびプロジェクション部２７０を通過してベース１１０上に照射される。
【００９４】
このとき、第３マスキング部２３０ｃに照射されるレーザービーム（Ｌ）の面積は第３開口２３１ｃの面積に比べて広い。よって、第３マスキング部２３０ｃに向けて照射されるレーザービーム（Ｌ）のうち、第３開口２３１ｃを通過するレーザービーム（Ｌ）だけがベース１１０上に照射され、前記第３開口２３１ｃ以外の領域の位置に照射されるレーザービーム（Ｌ）は遮蔽される。
【００９５】
すなわち、レーザービーム（Ｌ）は第３マスキング部２３０ｃによって第３開口２３１ｃと対応する面積に調節されて照射される（図５の（ｃ）参照）。そして、第３開口２３１ｃを通過して照射されるレーザービーム（Ｌ）は第２溝１２２に向かって照射され、その面積は第２溝１２２の底面に比べて小さい。
【００９６】
このようなレーザービーム（Ｌ）が第２溝１２２の底面に向けて所定のあいだ照射されると、ベース１１０のレーザービーム（Ｌ）の照射された領域で結合構造が切断されるなどの反応現象が起こり、所定の深さでエッチングされることによって、図５の（ｄ）のように第２溝１２２下側に第３溝１２３が設けられるが、このとき、ベース１１０の下部まで貫通するようにする。
【００９７】
したがって、第３マスキング部２３０ｃを用いたレーザー加工工程によって第２溝１２２下側に第３溝１２３が設けられ、最終的に図５の（ｄ）に示されたように、ベース１１０を上下方向に貫通するマスクパターン１２０が設けられ、そのマスクパターン１２０は下側に向かうほど直径または内径が徐々に狭くなる形状に形成される。
【００９８】
そして、第１〜第３マスキング部２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃのそれぞれには複数の開口が設けられており、回折光学部２２０を通過して分岐されたレーザービームが一対一で対応してマスキング部のマスキングパターンを通過するので、分岐されたレーザービームがベース１１０に同時に到達するようにして複数のマスクパターン１２０が設けられるようにする。また、ベース１１０の面積が大きい場合、ステージ１３０を用いてベース１１０を移動させながら、ベース１１０全体に対して複数のマスクパターン１２０を形成してシャドーマスクを製造することもできる。
【００９９】
図７は本発明の第２実施例に係る方法でシャドーマスクを製造する方法を手順に沿って示した図面である。図８は本発明の第２実施例に係る方法によってシャドーマスクを製造するために設けられたマスキング部を説明するための図面である。
【０１００】
第２実施例に係るシャドーマスクの製造方法は位相シフトマスク技術を用いた形成方法であって、マスキング部２４０として位相シフトマスクを用いて製造する。位相シフトマスクを用いたパターニング方法は、透過する光に位相差を付与することで透過光相互間の干渉を用いる公知の方法である。
【０１０１】
第２実施例に係るシャドーマスクの製造方法のためのシャドーマスクのマスキングパターンは複数の位相シフト２４１、２４２、２４３を有するマスキング部を用いる方法である。すなわち、本発明の第２実施例に係るマスキング部２４０は一つのマスキング部２４０に階段形態に配列された複数の位相シフト２４１、２４２、２４３を有する。
【０１０２】
位相シフトマスクは当該技術分野で公知の技術であり、公知の多様な位相シフトマスクの種類のうちいずれか一つを使用する。
【０１０３】
たとえば、本発明でマスキング部２４０に使用する位相シフトマスクは図７に示されたように、所定の面積を有するボディー上に、レーザービーム（Ｌ）が透過する位相シフト２４１、２４２、２４３と、位相シフト２４１、２４２、２４３の外側に位置するレーザービーム（Ｌ）が透過することができない遮光部２４４と、が設けられた構成である。
【０１０４】
すなわち、マスキング部２４０のボディーの一部領域は位相シフト２４１、２４２、２４３が設けられた領域であり、前記位相シフト２４１、２４２、２４３の周辺領域はレーザービーム（Ｌ）が遮光される遮光領域である。
【０１０５】
このとき、位相シフト２４１、２４２、２４３は複数設けられ、複数の位相シフト２４１、２４２、２４３は互いに異なる面積を有しながら、ボディーの高さ方向に順次配置され、階段形状をなす。本発明の第２実施例では複数の位相シフト２４１、２４２、２４３はボディーを加工して形成した溝形状である。
【０１０６】
すなわち、第２実施例に係るマスキング部２４０は、ボディーの上部面から第１深さ（Ａ１）に形成され、第１面積を有する溝形状の第１位相シフト２４１と、ボディーの上部面から第１深さ（Ａ１）に比べて深い第２深さ（Ａ２）に形成され、第１位相シフト２４１の面積（第１面積（Ａ１））に比べて小さな第２面積を有する溝形状の第２位相シフト２４２と、ボディーの上部面から第２深さに比べて深い第３深さ（Ａ３）に形成され、第２位相シフト２４２の面積（第２面積）に比べて小さな面積を有する溝形状の第３位相シフト２４３と、を含み、ボディーの左右方向の領域のうち、第１位相シフト２４１の外側領域に遮光部２４４が設けられる。
【０１０７】
このように設けられた第１位相シフト２４１、第２位相シフト２４２、および、第３位相シフト２４３は、たとえば、６０゜、１２０゜、および、１８０゜反転する。したがって、マスキング部の上側から照射されるレーザービーム（Ｌ）が第１〜第３位相シフト２４１、２４２、２４３を通過しながら漸次的に位相がシフトまたは反転する。
【０１０８】
すなわち、第１位相シフト２４１と第２位相シフト２４２との境界、および、第２位相シフト２４２と第３位相シフト２４３との境界で、レーザービーム（Ｌ）の位相が連続的に変化する。
【０１０９】
このとき、第１位相シフト２４１、第２位相シフト２４２、および、第３位相シフト２４３、の間の位相差（たとえば、６０゜、１２０゜、１８０゜）によってレーザービームの強度変化およびシフトがなされ、理論的には図７の（ｂ）に示されたような階段式の分布または形状でレーザービームが照射されるが、実際には解像度の限界によってレーザービームが階段式に照射されず、図７の（ｃ）に示されたように傾斜を有するように照射される。
【０１１０】
上述したような第１〜第３位相シフト２４１、２４２、２４３を有するマスキング部２４０はボディーを蝕刻する方法で設けられうる。
【０１１１】
そして、ボディーはレーザービーム（Ｌ）の透過が可能な石英で設けることができ、石英からなるボディーに第１〜第３位相シフト２４１、２４２、２４３が設けられ、ボディー内部にレーザービーム（Ｌ）を遮断するフィルム、薄膜、または、ブロック形態の遮光部２４４が設けられうる。遮光部２４４は、もちろん、ボディー内部に設けられる替わりに、ボディーの上部面の第１位相シフト２４１の外側領域に設けられてもよい。
【０１１２】
前記では第２実施例に係るマスキング部２４０がボディー自体を加工して溝形状の第１〜第３位相シフト２４１、２４２、２４３を設けることを例として説明した。しかし、これに限定されず、ボディーの上部面にレーザービーム（Ｌ）の位相変化の可能な薄膜が形成された構造でありうる。このとき、ボディーの上部面に形成された薄膜形態の位相シフトは高さ方向に段差がある階段形状になるように形成される。
【０１１３】
以下、図１〜図３および図７を参照し、本発明の第２実施例に係るシャドーマスクの製造方法を説明する。図７は便宜上、ズームレンズ部２６０およびプロジェクション部２７０を省略して示した。
【０１１４】
まず、ベース１１０を用意してステージ１３０上に配置し、第２実施例に係るマスキング部２４０を回折光学部２２０とズームレンズ部２６０との間に配置する。続いて、ビーム供給部２００を動作させてレーザービーム（Ｌ）を出力すると、前記レーザービーム（Ｌ）がマスキング部２４０に向けて照射される。
【０１１５】
このとき、照射されたレーザービーム（Ｌ）のうち、第１〜第３位相シフト２４１、２４２、２４３に向かうレーザービーム（Ｌ）はズームレンズ部２６０およびプロジェクション部２７０を通過してベース１１０に照射され、マスキング部の遮光部２４４に向けて照射されたレーザービーム（Ｌ）はベース１１０に到達しない。そして、マスキング部２４０の上側から照射されるレーザービーム（Ｌ）が、第１〜第３位相シフト２４１、２４２、２４３を通過しながら漸次的、連続的に位相シフトすることによって、図７の（ｂ）に示されたように、ベース１１０に下側に向かうほどその内径または幅が狭くなるマスクパターンが設けられる。
【０１１６】
図９は本発明の第３実施例に係る方法でシャドーマスクを製造する方法を手順に沿って示した図面である。図１０は本発明の第３実施例に係る方法によってシャドーマスクを製造するために設けられたマスキング部を説明するための図面である。図９は便宜上、ズームレンズ部２６０およびプロジェクション部２７０を省略して示したものである。
【０１１７】
図示されたように、第３実施例に係るシャドーマスクの製造方法は、マスキング部としてスリットマスクを用いてシャドーマスクを製造する方法である。スリットマスクは図１０の（ａ）および図１０の（ｂ）に示したように、レーザービーム（Ｌ）の透過が可能なボディー２５１の上部または内部に、レーザービーム（Ｌ）の透過を遮断する複数の遮光膜２５２ａ、２５２ｂ、２５２ｃが形成され、このとき、複数の遮光膜２５２ａ、２５２ｂ、２５２ｃの幅が異なるようにすることで、ベース１１０に照射されるレーザービーム（Ｌ）の強度が異なるように調節する。
【０１１８】
本発明の実施例のように下側に向かうほど内径が狭い台形または四角錐形状のパターンを有するシャドーマスクを製造するため、第３実施例に係るマスキング部２５０はボディー２５１の上部に複数の遮光膜２５２ａ、２５２ｂ、２５２ｃパターンが相互に離隔するように形成され、離隔した空間がレーザービーム（Ｌ）の透過する透過領域である。ボディー２５１上に複数の遮光膜２５２ａ、２５２ｂ、２５２ｃが形成されるにあたり、図１０の（ａ）および図１０の（ｂ）にエッジから中心方向に向かうほどその遮光膜２５２ａ、２５２ｂ、２５２ｃの幅が狭くなるようにする。
【０１１９】
言い換えれば、エッジから中心方向に向かうほど、遮光膜２５２ａ、２５２ｂ、２５２ｃのうちいずれか一つと、遮光膜２５２ａ、２５２ｂ、２５２ｃのうちいずれか一つとの間の透過領域の幅が広くなるようにマスキング部２５０を設ける。
【０１２０】
このようなマスキング部２５０の上側からレーザービーム（Ｌ）を照射する場合、広い透過領域の下側に位置するベース１１０の領域に照射されるレーザービームの強度は、相対的に狭い透過領域の下側に位置するベース１１０の領域に照射されるレーザービーム（Ｌ）の強度に比べて強い。第３実施例の場合、エッジから中心方向に向かうほど透過領域の幅が広いので、レーザービーム（Ｌ）がベース１１０に照射されるにあたり、エッジから中心方向に向かうほど照射されるレーザービーム（Ｌ）の強度が強い。
【０１２１】
以下、図１〜図３、図９を参照し、本発明の第３実施例に係るシャドーマスクの製造方法を説明する。
【０１２２】
まず、ベース１１０を用意してステージ１３０上に配置し、回折光学部２２０およびズームレンズ部２６０との間に第３実施例に係るマスキング部２５０を配置する。続いて、ビーム供給部２００を動作させてレーザービーム（Ｌ）を出力すると、前記レーザービーム（Ｌ）がマスキング部２５０に向けて照射される。
【０１２３】
このとき、照射されたレーザービーム（Ｌ）のうち、マスキング部２５０の第１〜第３透過領域２５３ａ、２５３ｂ、２５３ｃに向かうレーザービーム（Ｌ）はズームレンズ部２６０およびプロジェクション部２７０を通過してベース１１０に照射され、マスキング部２５０の遮光膜２５２ａに向けて照射されたレーザービーム（Ｌ）はベース１１０に到達しない。
【０１２４】
このとき、エッジに位置した第１透過領域２５３ａを通過してベース１１０上に照射されたレーザービーム（Ｌ）の強度に比べ、第１透過領域２５３ａよりボディー２５１の内側に位置した第２透過領域２５３ｂを通過してベース１１０上に照射されたレーザービーム（Ｌ）の強度は強く、第２透過領域２５３ｂよりボディー２５１の内側に位置した第３透過領域２５３ｃを通過してベース１１０上に照射されたレーザービーム（Ｌ）の強度はさらに強い。
【０１２５】
このような領域別レーザービーム（Ｌ）の強度の傾斜によって、図９の（ｂ）に示されたように、ベース１１０に下側に向かうほどその内径または幅が狭くなるマスクパターンが設けられる。
【０１２６】
このように本発明の第１〜第３実施例によるシャドーマスクの製造方法はレーザービームを照射してベース上にマスクパターンを加工する方法でシャドーマスクを製造することによって、フォトリソグラフィー工程を通じて製造する従来の方法に比べ、その製造方法を単純化することができる。よって、従来のシャドーマスクの製造方法に比べてシャドーマスク製造に要する時間を短縮することができる。
【０１２７】
そして、従来のフォトリソグラフィー工程を用いたシャドーマスク製造の際には、フォトレジストを塗布するコーティング機、加熱するヒーター、露光機、現像手段、エッチング手段、ストリップ手段など多様な手段および装備を必要とする。一方、本発明に係るシャドーマスクの製造方法の場合、レーザービームを照射することができる光学系およびマスキング部を用いてシャドーマスクを製造することができ、従来に比べてシャドーマスク製造のための設備が簡単になり、これによって維持補修のためのコストも節約することができる効果がある。
【０１２８】
また、従来はフォトリソグラフィー工程を通じて微細パターンを加工しなければならなかったため、ベースを２０μｍ程度に薄くせざるを得ず、このように薄いシャドーマスクを取り扱うのは非常に困難であるいう課題があった。
【０１２９】
しかし、本発明ではフォトリソグラフィー工程ではないレーザーと、マスクパターニングと、を用いてベースを加工してパターンを加工するので（従来に比べて厚いベースを使用できるため）、シャドーマスクを従来に比べて厚くすることができ、これによって基板上に薄膜パターンを形成するとき、シャドーマスクの取扱いが容易になる長所がある。また、厚さが従来に比べて厚いために、シャドーマスクが垂れ下がることを最小化または防止することができる。
【０１３０】
そして、マスキング部を用いずにレーザーだけを用いてベースを加工してシャドーマスクを製造する方法に比べ、テーパー形状のパターンを簡単な方法で加工することができる。また、レーザービームを照射してベースを加工するときに、ベースと反応する際の発熱を最小化することができるナノ秒またはフェムト秒のレーザーを使用することができるため、熱によるパターンの不良の発生を防止することができる。そして、回折光学系を含む光照射装置を用いることで、ベース上に複数のマスクパターンを同時に形成することができ、製造効率が向上する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７（ａ）】
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【図７（ｂ）】
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【図７（ｃ）】
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【図８】
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【図９（ａ）】
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【図９（ｂ）】
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【図１０（ａ）】
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【図１０（ｂ）】
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