증착용 대면적 메탈 마스크 균일에칭 및

균일도 평가 기술지원

2007. 12. 28

(재) 포항산업과학연구원

(주)이코니

산 업 자 원 부

- 2 -

제 출 문

산 업 자 원 부 장 관 귀 하

본 보고서를 “증착용 대면적 메탈 마스크 균일에칭 및 균열도 평가에 관한 기술지

원”(지원기간 : 2006. 12. 01~2007. 11. 31.)과제의 기술지원성과보고서로 제출합

니다.

2007. 12. 28.

지원기관 : (재)포항산업과학연구원

(대표자) 류 경 렬

지원기업 : (주)이코니

(대표자) 박 형 근

지원책임자 : 이 영 주

책임연구원 : 최 승 덕

〃 : 손 영 근

〃 : 김 태 수

〃 : 최 돈 빈

〃 : 송 현 숙

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기술지원성과 요약서

과제고유번호 0600 SEI-154 연구기간 2006. 12. 01 ~ 2007. 11. 31. (12개월)

연구사업명 부품소재종합기술지원사업

지원과제명 증착용 대면적 메탈 마스크 균일에칭 및 균일도 평가 기술지원

지원책임자 이영주 지원연구원수

총 : 6 명

내부 : 3 명

외부 : 3 명

총

사업비

정부: 100,000 천원

기업: 100,000 천원

계: 200,000 천원

지원기관명 (재)포항산업과학연구원 소속부서명 부품신소재연구센터

지원기업 기업명 : (주)이코니 기술책임자 : 김태수

요약(연구결과를 중심으로 개조식 500자 이내)보고서

면수

ㅇ 대면적 스프레이 수직에칭 시스템 최적화

- 스프레이 수직에칭 이론적 모델 정립

- 전산모사에 의한 분사시스템 핵심설계요소 도출

- 분사 시스템 제작 및 최적화

ㅇ 대면적 스프레이 수직에칭 설험조건 최적화

- 에천트 온도 및 분사압 최적의 조건 도출

ㅇ 대면적 증착용 메탈마스크 평가방법의 구축

- 마스크 평가를 위한 표본 추출 방법 정립

- 정확도 와 균일도 평가방법 정립

- 6시그마 기법과 미니탭을 활용하여 체계적이고 엄격한 마스크 평가방법 정립

색 인 어

(각 5개이상)

한 글 새도우 마스크, 메탈마스트, 스프레이 에칭, 수직에칭, 유기발괄

영 어shadow mask, metal mask, spray etching, vertical etching,

OLED

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기술지원성과 요약문

1. 사업목표

에천트 분사시스템과 에칭조건을 최적화 하여 4세대급 (730x920mm) 증착용 극

박판 (두께가 50 μm이고 니켈 36% 철 64%인 인바 합금)을 균일하고 일정하게

에칭하여 불량률이 적고 품질이 좋은 메탈마스크를 생산 할 수 있도록 하는 것

이다. 또한 에칭된 대면적 마스크에 존재하는 수십만에서 수백만 개의 마이크론

크기의 에칭 홀들에 대해 체계적이고 통계적인 샘플링 방법을 확립하고 검사 결

과에 대한 표준화된 해석 시스템 구축하여 최종 공급하는 마스크의 품질에 대한

신뢰성을 높인다.

2. 기술지원내용 및 범위

ㅇ 증착용 메탈 마스크의 에칭공정에서 대면적 균일에칭 시스템 최적화

- 에천트 분사시스템 최적화 (노즐간격 및 배치, 노즐 이동 거리 및 속도, 분사

각과 분사 압, 노즐과 마스크와의 가리 및 각도)

- 에칭조건 최적화 (에천트 온도, 분사압)

ㅇ 대면적 증착용 마스크 검사 및 평가기술 확립

- 샘플링 된 각 셀에 대해 3차원 측정기 와 SEM 을 이용하여 신뢰성 있는 검

사 방법 수립

- 엄격한 통계이론을 이용한 샘플링 방법 수립

- 수백 개 이상의 샘플 데이터에 대한 체계적인 평가방법 수립

3. 지원실적

지원항목지원내용

비고기술지원前 기술지원後

에천트 분사시스템

최적화분사시스템 미설치 분사시스템 설계 및 설치

에칭조건 최적화 에칭조건 미 설정 온도와 분사압 최적 조건도출

대면적 균일도

평가

균일도 평가기술

미 확립

6시그마 미니탭을 활용한

균일도 평가기술 확립

※ 1. 지원항목 : 2번항목의 기술지원내용 및 범위를 근거로 지원실적을 항목별

로 구분하여 기재

2. 지원내용 : 지원항목별로 기술지원前·後 상황을 비교하여 기재

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4. 기술지원 성과 및 효과

1) 해당기술 적용제품

ㅇ적용제품명 : TFT-LCD 슬림에칭 / OLED Mask

ㅇ모 델 명 : 590x670, 370x470

2) 품질 및 가격

구 분 경쟁 제품해당기술 적용제품

비 고지원전 지원후

경쟁 제품 대비 품질 동등수준 동등수준 비교우위 표면품질 향상

경쟁제품 대비 가격 동등수준 동등수준 비교우위 생산성 향상

※ 객관화 된 DATA를 근거로 작성

3) 원가절감 효과

구 분 절 감 금 액 비 고

원부자재 절감 백만원/년( %)

인건비 절감 129백만원/년( 30 %)

계 129백만원/년( 30 %)

※ 공정개선 및 품질향상 등으로 인한 절감효과 반영

4) 적용제품 시장전망(매출성과)

구 분 당해연도 매출 차년도 예상매출전년대비

증가비율비고

내 수 548 백만원/년 2,800 백만원/년 228 %

수 출 13.7 천달러/년 200 천달러/년 -64 %

계 569 백만원/년 2,988 백만원/년 187 %

참고) 1. 적용제품 주요수출국 : 인도(2007), 대만(2006,2008예상)

2. 작성당시 환율기준 : 1$당 940원

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5) 수입대체효과

모델명 당해연도 수입액 차년도수입액 수입대체금액 비 고

천달러/년 천달러/년 천달러/년

천달러/년 천달러/년 천달러/년

계 천달러/년 천달러/년 천달러/년

6) 해당기술의 기술력 향상 효과

- 화학적 wet etching을 통한 metal etching mechanism 분석 해석

- 균일 에칭을 위한 노즐 분포 및 분사압력, 필요 에칭액 량 분석

know-how 습득

- 새로운 wet 에칭 방법 및 장치 고안

7) 기술적 파급효과

- TFT-LCD의 박판 경량화를 위한 유리 기판의 슬림에칭 식각에 적용

- 향후 Silicon wafer 슬림에칭 식각에 적용 가능성

- 본 기술을 바탕으로 품질 향상 및 생산성 향상을 위한 에칭 기술 개발

- 에칭기술을 바탕으로 한 에칭액 근간의 화학 분야로 관련 사업체의

업종 다양화

5. 적용기술 인증, 지적재산권 획득여부

1) 규격, 인증획득

- 7 -

2) 지적재산권

6. 세부지원실적

항 목지원

건수지 원 성 과

기술정보제공 16건 논문, 인터넷자료, 특허

시제품제작 2건 특성평가

양산화개발 2건 TFT-LCD, OLED용 마스크

공정개선 5건 스프레이 분사시스템,

품질향상 2건 에칭조건

시험분석 8건 SEM, 광학현미경, 조성분석

수출 및 해외바이어발굴 0건

교육훈련 5건 미니탭 활용, 6시그마 기법

기술마케팅/경영자문 5건 OLED 산업동향 및 시장동향

정책자금알선 0건

논문게재 및 학술발표 0건

사업관리시스템

지원실적업로드 회수5건

지원기업 방문회수 27건 기술지원 및 실험, 자문, 업무협의

기 타 건 -

※ 상기 세부지원실적에 대한 세부내용 첨부

7. 종합의견

지원기관과 지원기업 간에 긴밀한 공조를 통해 대면적 균일에칭 분사시스템과

에칭조건을 최적화하였고, 이 기술을 활용하여 OLED용 메탈마스크 제작에 성공

하여 소량씩 판매하고 있다. 또한 TFT-LCD 슬림화에 성공하여 현재 양산 중에

있다.

- 8 -

□ 연구과제(세부과제) 성과

1. 과학기술 연구개발 성과

□ 논문게재 성과

주1) 부처: 사업 주관 부처 기재

2)

3)

4)

5)

6)

7)

8)

9)

10)

11)

12)

13)

14)

15)

사업명: 사업명 기재

관리번호: 관리번호는 기관에서 관리하는 과제관리번호임

세부과제명: 세부과제명을 기재

연구책임자: 연구책임자를 기재

연구기관명: 연구기관명을 기재

과제시작년도: 해당 세부과채의 시작년도 기재 (예, 2001)

과제종료년도: 해당 세부과제의 종료(예정)년도 기재 (예, 2002)

게재년도: 해당 논문의 학술지 게재 연도 기재

논문명: 해당 논문의 제목 기재

저자: 해당 논문의 저자를 기재하되, 주저자(first author), 교신저자

(corresponding author), 공동저자(co-author) 등 해당란에 기재

학술지명: 해당 논문이 게재된 학술지명 기재 (예, Cell)

Vol.(No.): 해당 논문이 게재된 학술지의 Volume(Number) 기재 (예,

114(4))

국내외 구분 : 학술지의 국내외 구분 (예: 국외)

SCI구분: SCI 등재 학술지이면 ‘SCI’, 그렇지 않으면 ‘비SCI’ 기재

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2. 사업화 성과

□ 특허 성과

ㅇ 출원된 특허의 경우

ㅇ 등록된 특허의 경우

주1)~8): 과학기술연구개발성과의 ‘주1)~8)’와 동일

9)

10)

11)

12)

13)

※

출원(등록)년도: 해당 특허의 출원 또는 등록 연도 기재

특허명: 해당 특허의 명칭을 기재

출원(등록)인: 해당 특허의 출원 또는 등록인 기재

출원(등록)국: 해당 특허의 출원 또는 등록 국가명 기재 (예, 한국)

출원(등록)번호: 해당 특허의 출원 또는 등록 번호 기재 (예, 등록 제

0308920호)

특허이외의 지적재산권의 경우 상기 양식에 준용하여 기재

- 10 -

□ 사업화 현황

주11) 사업화 업체 개요의 사업화 형태는 1. 연구책임자 창업, 2. 기술이전에

의한 창업, 3. 창업지원,4. 기존업체에서 상품화 중에서 선택하여 번호

기입

□ 고용창출 효과

주9)

10)

창업의 경우는 “2. 사업화 성과”에서 사업화 현황의 종업원 수를 기입

사업체 확장에 의한 고용창출은 국가연구개발사업을 통해서 기업체의 팀

이나 부서의 신규 생성 및 확대에 의한 것을 의미하며 확인된 경우만 기

입

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□ 세부지원실적 증빙 내용

1. 기술정보제공 : 27 건

NO. 일자 구체적 내용 증빙유무1 2007/01/05 증착용 메탈마스크 균일에칭 원리 토의 유2 2007/01/18 대면적 균일에칭 시스템 구축방안 협의 유3 2007/02/21 균일에칭 시스템 구축 현장기술 지원 유4 2007/02/27 에칭시스템 성능 테스트 유5 2007/03/22 에칭조건 세팅 및 테스트 유6 2007/04/07 에칭시스템 테스트 유7 2007/04/13 에칭시스템 시운전 유8 2007/04/18 메탈마스크 에칭 테스트 유9 2007/04/21 에칭장비 테스트 유10 2007/06/02 에칭장비 최적화 테스트 유11 2007/06/09 에칭장비 테스트 결과 협의 유12 2007/07/06 에칭장비 최적화 기술지원 유13 2007/07/03 에칭시스템 최적화 기술지원 유14 2007/08/03 메탈마스크 에칭실험 기술지원 유15 2007/08/20 메탈마스크 에칭실험 기술지원 유16 2007/09/27 에칭장비 최적화 유17 2007/09/03 메탈마스크 에칭실험 유18 2007/09/12 균일에칭 실험 기술지원 유19 2007/10/29 과제결과 중간 정리 및 향후일정 논의 유20 2007/10/18 과제 실험 및 에칭장비 최적화 기술협의 유21 2007/10/22 균일도 평가기술 기술전수 유22 2007/11/26 에칭실험 기술지원 유23 2007/11/02 증착장비에 관한 기술 토의 유24 2007/11/05 에칭 실험 지원 유25 2007/11/09 에칭특성 평가결과 토의 및 실험지원 유26 2007/11/16 에칭조건 최적화 기술지원 유27 2007/11/21 에칭조건 최적화 기술지원 유

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2. 기술정보제공 : 16건

NO. 일자 구체적 내용 증빙유무1 2007/01/12 에천트 분사관련 특허 10건 제공 유2 2007/02/12 스프레이 에칭기술관련 특허 8건 제공 유3 2007/02/22 인바 합금 에칭이론 자료 2건 제공 유4 2007/03/08 스프레이 수직에칭 이론 모델 제공 유5 2007/03/22 6시그마 기법 제공 유6 2007/04/03 미니탭 활용방법 제공 유7 2007/05/10 경북지역 OLED TRM 자료 제공 유8 2007/06/13 에천트 리사이클링 기술관련 특허 3건 유9 2007/06/23 LG마이크론 새도우마스크 투자동향 1건 유10 2007/07/24 새도우 마스크 미세가공기술 논문 1건 유11 2007/08/08 염화제이철 재처리 최적화 기술논문 1건 유

12 2007/09/05염화제이철에 의한 새도우 마스크 식각 기

술 관련 논문 1건유

13 2007/09/27인바합금 폐에칭액의 중금속 분리공정 관

련 논문 1건유

14 2007/10/18Glass의 세정 및 에칭조건에 따른 표면상

태 발표자료 1건유

15 2007/11/03 나노스텐실 제작 기술관련 논문 1건 유16 2007/11/26 습식 및 건식 에칭기술 유

3. 시제품제작 : 2 건

NO. 일자 구체적 내용 증빙유무1 2007/11/02 Fine Mask assembly (730x460mm) 유2 2007/11/27 Fine Mask assembly (730x920mm) 유

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4. 시험분석 : 8 건

NO. 일자 구체적 내용 증빙유무1 2007/10/08 오픈 메탈마스크 어퍼춰 크기 및 앵글 유2 2007/10/18 스트라입 메탈마스크 어퍼춰 크기 및 앵글 유3 2007/10/30 스트라입 메탈마스크 어퍼춰 크기 및 앵글 유4 2007/11/07 오픈 메탈마스크 어퍼춰 크기 및 앵글 유5 2007/11/22 화인 메탈마스크 어퍼춰 크기 및 앵글 유6 2007/11/30 화인 메탈마스크 어퍼춰 크기 및 앵글 유7 2007/12/05 스트라입 메탈마스크 어퍼춰 크기 및 앵글 유8 2007/12/28 스트라입 메탈마스크 어퍼춰 크기 및 앵글 유

5. 기술지원실적 업로드 : 건

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목 차

제 1 장 사업의 개요

제 1 절 기술지원 필요성

1. 지원기업의 현황 및 애로기술

가. 지원기업의 현황

나. 지원기업 애로기술 : 대면적 균일에칭 변수 최적화

다. 지원기업 애로기술 : 대면적 증착용 마스크 검사기술

제 2 절 기술지원 목표

1. 고객의 핵심요구사항 도출

가. 고객의 소리수집

나. 핵심이슈 및 요구사항 도출

다. CTQ 도출

제 3 절 기술지원 내용

1. 대면적 균일에칭 시스템 최적화기술

2. 대면적 증착용 마스크 검사 및 평가기술

제 2 장 국내외 기술현황

제 1 절 국내 기술현황

제 2 절 국외 기술현황

제 3 장 기술자원 수행 내용 및 결과

제 1 절 기술지원 수행

1. 기술지원 수행 추진체계 및 전략

2. 대면적 마스크 검사기술 지원

가. 대면적 마스크 검사기술 프로세스 분석

나. 증착용 메탈마스크의 주요특성

(1). 어퍼춰 크기 및 테퍼 앵글

(2). 마스크 균일도

다. 표본 샘플링

라. 대면적 마스크 검사기술 지원

(1). 어퍼춰 크기 평가기술

(2). 테퍼 앵글 평가기술

3. 대면적 마스크 균일에칭 기술지원

가. 대면적 메탈마스크 균일에칭 이론적 배경

- 15 -

(1). 인바합금 에칭 이론

(2). 스프레이 수직에칭 모델

나. 대면적 마스크 균일에칭 프로세스 분석

다. 대면적 스프레이 수직에칭 시스템 최적화

(1). 전산모사를 이용한 수직에칭 분사시스템 설계요소 도출

(2). 대면적 스프레이 수직에칭 분사시스템 최적화

(3). 대면적 스프레이 수직에칭 실험조건 최적화

제 2 절 기술지원 성과

1. 대면적 증착용 메탈마스크 평가기술 지원

1. 대면적 증착용 메탈마스크 균일에칭 시스템 최적화 기술지원

제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도

제 1 절 목표달성도

1. 기술지원 목표 및 달성도

2. 정량적 목표 및 달성도

제 2 절 기여도

제 5 장 기술지원결과의 활용계획

제 1 절 OLED 증착용 메탈마스크 분야

제 2 절 TFT-LED 패널 슬림화 분야

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제 1 장 사업의 개요

제 1 절 기술지원 필요성

1. 지원기업의 현황 및 애로기술

가. 지원기업의 현황

(주)이코니는 유기발광디스플레이 (OLED) 제작시 유기물질의 증착장비에 들어가는

FMA (Frame Mask Assembly)를 전문적으로 제조하는 업체이다. 유기증착장비 및

증착시 메탈마스크 및 FMA가 이용되는 공정이 그림-1에 표시되어 있다.

그림 1 OLED 증착장비에 소요되는 메탈마스크 및 FMA

- 17 -

FMA의 제조는 그림-2에 나타낸 바와 같이 마스크디자인 → 마스크제작 → 스트레

칭 및 FMA제작의 단계를 거친다. (주)이코니는 꾸준한 기술개발을 통해, 현재 에칭

전문업체로부터 2세대 급 마스크를 수급 받아 FMA를 제조한 다음 OLED제조업체

에 공급을 하고 있으며 마스크 어셈블리 국내 시장을 어느 정도 확보를 했으며 대

만 U社에는 양산 공급을 시작하였다.

그림 2 OLED 증착용 Frame Mask Assembly (FMA) 제작 흐름도

대형 FMA 에 관련하여 많은 OLED 제조업체들로부터 수요가 있어 왔으나 국내외

에 대형 마스크를 전문으로 생산하는 업체가 없는 관계로 (주)이코니에서 2005년부

터 대면적 마스크 제조 기술 개발을 시작하여 현재 양산 라인을 구축 중에 있다.

(주) 이코니가 메탈마스크 제작까지도 한다면 FMA 제작을 위한 모든 기술 즉 마스

크 디자인, 마스크제작, FMA제작 기술을 확립하여 4세대급 대면적 메탈마스크

FMA 전문업체로 발돋움 할 수 있으리라 예상한다. (주) 이코니의 연도별 기술 개발

및 사업 현황 및 계획은 아래와 같다.

- 18 -

표 1 이코니의 연도별 기술개발 현황

나. 지원기업의 애로기술 : 대면적 균일에칭 변수 최적화

그림 3 메탈마스크 제작공정

메탈 마스크 양산 공정은 그림-3과 같이 “세정 → PR 코팅→ 노광 → 현상 → 에

칭 → PR 박리 → 검사 → 포장”으로 구성되어 있다. 현재 2세대급 에칭공정을 자

세히 살펴보면 그림-4와 같이 마스크 원재가 수평으로 누워있고 그 위에서 또는

위아래에서 동시에 에천트가 분사되는 형태이다. 이런 에칭공정에서는 폐에칭액이

빠르게 흘러내려갈 수가 없어서 중앙부 위와 가장자리의 에천트 농도가 서로 다르

다. 따라서 중앙부위와 가장자리의 어퍼춰 크기나 테퍼앵글이 달라지는 문제점이

있다. 즉 대면적 균일에칭을 위해서는 적합하지 않은 방법이다.

- 19 -

(주) 이코니는 이러한 문제점을 해결하기위해 새로운 에칭시스템을 구축 중에 있다.

그림 4 2세대급 메탈마스크 에칭공정

그림 5 (주) 이코니가 설치한 대면적 수직에칭 시스템의 모식도

(주)이코니의 대면적 균일에칭을 위한 수직에칭시스템이 그림-5에 나타나있다. 대

면적을 균일하게 에칭하기 위해서는 기판위에 에천트의 농도를 균일하게 유지시켜

야 한다. 이를 위해 메탈 박막 기판을 수직으로 세워 놓고 수백 개의 스프레이 노

즐이 장착된 분사 장치를 이용하여 에천트를 분사하여 에칭을 한다.

- 20 -

대면적 균일에칭에서 중요한 부분은 크게 두 가지로 나눌 수 있다.

ㄱ) 에천트 분사시스템 최적화 : 분사시스템을 구성하는데 중요한 요소들은 노즐

간의 간격 및 배치 모양, 노즐과 기판과의 거리 및 각도, 각 노즐에서 나오는 에천

트의 분사압 조절 장치 등이 있다. 에칭시 분사 장치가 수평과 수직으로 움직이고

기판은 수평축과 수직축을 중심으로 1~5도 정도 회동 운동을 시킨다. 이때 수평

이동의 거리와 속도 그리고 회동 각도와 속도가 중요한 변수가 된다. 상부와 하부

의 에칭 속도를 균일하게 하기 위해 상부와 하부 사이에 분사 압력을 다르게 조절

하는 것이 중요하다.

ㄴ) 에칭조건 최적화 : 균일한 에칭을 위해서는 분사장치의 구성 및 운용 방법뿐만

아니라 에칭속도를 조절하는 것이 매우 중요하다. 에칭속도를 결정하는 중요한 인

자는 에천트의 농도와 온도 그리고 분사압력, 에천트에 첨가는 첨가제의 종류와 양

등이다.

분사장치와 에칭조건에서 열거된 이러한 수많은 변수들을 최적화하기 위해서는 수

십 번의 분사장치 제작과 수백 번 이상의 대면적 기판 에칭과 평가를 반복해야 되

는데 이에 소요되는 시간과 비용을 중소기업에서 투자하기는 어렵다.

다. 지원기업의 애로기술 : 대면적 증착용 마스크 검사기술

그림 6 증착용 메탈마스크 검사 및 평가 흐름도

일반적으로 에칭된 마스크의 검사는 그림-6에 나타난 바와 같이 “이물질이나 어퍼

춰 막힘 유무 측정 → 어퍼춰 크기 및 위치 측정 → 테퍼앵글 측정”의 순으로 한

다.

- 21 -

이물질이나 어퍼춰 막힘 유무는 마이크로 비전시스템을 이용하고, 어퍼춰의 크기나

테퍼 앵글은 3차원 측정기, 고 성능 디지털 광학현미경, 또는 SEM (scanning

electron microscope)로 검사한다.

하지만 대면적 마스크에는 그림-7에 나타낸 바와 같이 수십만에서 수백만 개의 마

이크론 크기의 어퍼춰들이 있으므로 통계적 기법에 바탕을 둔 체계적인 검사 및 품

질 평가방법이 요구된다. 하지만 중소기업에서는 통계이론에 바탕을 둔 샘플링 방

법이나 해석 방법에 대한 기본적인 체계가 확립되어 있지 못해서 표준화된 검사 방

법과 해석을 수행하지 못하고 있는 실정이기 때문에 시급한 기술지원이 요구된다.

그림 7 메탈마스크에 있는 수백만 개의 어퍼춰들

제 2 절 기술지원 목표

1. 고객의 핵심요구사항 (CCR) 도출

가. VOC (Voice Of Customer) 수집

- 22 -

표 2 수집된 고객의 요구사항

과제의 목표를 정확히 설정하기 위해 본과제와 관련된 고객으로부터 고객의 요구사

항(VOC)을 청취하고 분석하였다. 고객은 본 과제 의뢰처, 과제참여기업, 마스크를

최종 이용하는 OLED 제조사, 그리고 연구원이 속한 연구실로 세분하여 수집하였

다.

나. 핵심 이슈 (KCI) 및 요구사항 (OCR) 도출

고객들의 실질적인 요구사항 으로부터 고객의 핵심적인 요구사항을 도출하여 과제

의 목적을 명확히 하고 수행범위를 올바로 설정하기 위해, VOC로부터 고객의 핵심

이슈 (KCI; Key Critical Issue)를 도출하고, KCI롤부터 Critical Customer

Requirement를 도출하였다.

표 3 VOC로부터 도출된 KCI 와 CCR

도출된 고객의 핵심요구사항은 에천트 분사시스템 최적화, 에칭조건 최적화, 마스크

의 특성 검사 및 균일도 평가기술로 요약 압축되었다.

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2. CTQ 도출

세분화된 고객으로부터 도출된 고객의 핵심요구사항은 에천트 분사시스템과 에칭조

건을 최적화 하여 4세대급 (730x920 mm) 증착용 극 박판 (두께가 50 μm이고 니

켈 36% 철 64%인 인바 합금)을 균일하고 일정하게 에칭하여 불량률이 적고 양질

의 메탈마스크를 생산 할 수 있도록 하는 것이다. 또한 에칭된 대면적 마스크에 존

재하는 수십만에서 수백만 개의 마이크론 크기의 에칭 홀들에 대해 체계적이고 통

계적인 샘플링 방법을 확립하고 검사 결과에 대한 표준화된 해석 시스템 구축을 지

원하여 최종 공급하는 마스크의 품질에 대한 신뢰성을 높인다.

균일하고 일정하게 에칭된 메탈 마스크를 정의하기 위해 6시그마기법에서 활용하는

Output indicator를 도출하고 그로부터 Critical To Quality (CTQ)를 도출하였다. 도

출된 CTQ가 바로 과제의 목표가 된다. 6시그마 기법으로 도출된 과제의 목표는

ㄱ) 대면적 균일에칭 변수 최적화 : 어퍼춰 크기오차 8um 이하, 어퍼춰 테퍼앵글

오차 8° 이하, 어퍼춰 크기의 균일도 2um이내, 어퍼춰 테퍼 앵글의 균일도 2° 이하

로 도출되었다. ㄴ) 대면적 마스크 검사기술 : 검사시간 12시간 이내, 어퍼춰 크기

균일도 평가에러 1um 이내, 어퍼춰 테퍼앵글 균일도 평가에러 1° 이하로 도출되었

다.

그림 8 KCI, CCR, Output Indicator 그리고 CTQ와 상호관계

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제 3 절 기술지원 내용

대면적 증착용 극 박판 (두께 50μm) 메탈마스크를 균일하게 애칭하기 위해서는 기

판 위에 에천트의 농도를 균일하게 유지시켜야 한다. 이를 위해 메탈 박막기판을

수직으로 세워 놓고 수백 개의 스프레이 노즐이 장착된 분사 장치를 이용하여 에천

트를 분사하여 에칭을 한다. 에천트 분사시스템과 에칭 조건을 최적화하는 기술을

지원한다. 한편으로 에칭이 끝난 후 검사 과정에서 일반적으로 에칭 상태는 3차원

측정기나 SEM (scanning electron microscope)로 검사하는데, 대면적 마스크에는

수십만에서 수백만 개의 마이크론 크기의 에칭 홀들이 있으므로 통계적 기법에 바

탕을 둔 체계적인 검사 및 품질 평가 방법이 요구된다. 이를 위해 체계적인 샘플링

위치 선정 방법을 확립하고 엄격한 통계이론을 바탕으로 데이터 샘플링 방법이나

해석 방법에 대한 체계를 확립하여 검사 결과에 대한 표준화된 해석 시스템 구축

을 지원한다. 세부 기술지원 내용은 아래와 같다.

1. 대면적 균일에칭 시스템 최적화 기술

-에천트 분사시스템 최적화

a. 노즐 간의 간격 및 배치 모양

b. 노즐과 기판과의 거리 및 각도

c. 에칭시 분사장치가 수평과 수직으로 움직이는 거리와 속도

d. 기판이 수평축과 수직축을 중심으로 회동하는 각도와 속도

-에칭 조건 최적화

a. 에천트의 농도와 온도

b. 첨가제의 종류와 양

c. 에천트 분사 압력

d. 상부와 하부 노즐의 에천트 분사 압력 차이

분사시스템과 에칭 조건에서 열거된 수많은 변수들을 최적화하기 위해서는 수백 번

이상의 대면적 기판에 대해 에칭과 평가를 반복해야 되는데, 본 기술지원에서는 최

소 실험 설계 기법과 수퍼컴퓨터를 이용한 전산모사 기법으로 도입하여 최소 실험

횟수 내에서 에칭시스템을 최적화 하고자 한다.

2. 대면적 증착용 마스크 검사 및 평가기술 확립

-샘플링 된 각 셀에 대해 3차원 측정기 와 SEM 을 이용하여 신뢰성 있는 검사 방

법 수립

-엄격한 통계이론을 이용한 샘플링 방법 수립

-수백 개 이상의 샘플 데이터에 대한 체계적인 평가방법 수립

- 25 -

표 4 기술지원의 범위

- 26 -

제 2 장 국내외 기술현황

제 1 절 국내 기술현황

메탈 마스크 제조 방법에는 크게 3가지로 나눌 수 있다. 첫째, photo-chemical

etching : UV노광 후 화학 에칭 하는 방법. 둘째, laser 가공 : 메탈을 레이저로 이

용하여 원하는 어퍼춰 형성을 가공하는 방법. 셋째, electro-forming 모형의 표변에

원하는 두께를 전기도금으로 형성하는 방법. 현재 증착용 마스크로 가장 많이 사용

하는 방법은 photo-chemical etching법과 laser가공법이다. 보통 고정세 마스크는

에칭법으로 그렇지 않은 마스크는 레이저 가공법을 이용한다.

LG마이크론 과 삼성SDl 등의 국내 굴지의 대기업들은 오랜 동안 CRT용 브라운관

에 들어가는 새도우 마스크 제조해온 경험을 바탕으로 대면적 메탈마스크의 에칭

및 평가 기술을 포함한 전 기술 분야에 대해 기초 및 생산 기술을 확보한 상태이지

만 증착용 메탈마스크 의 양산은 전혀 고려를 하지 않고 있다. 증착용 메탈마스크

는 CRT용 새도우 마스크와 달리 완제품에 직접 들어가는 부품이 아니라 제품 제조

를 위한 제조 장치의 부품이기 때문에 수요가 상대적으로 적어 대기업에서 하기에

는 적당하지 않은 품목이기 때문이다.

(주)풍원정밀은 2002년에 극 박판 제조공정을 설치하여 전량 수입에 의존해 오던

50μm박판 에칭 제품을 개발, 생산하여 삼성SDI에 공급함으로써 국내는 물론 해외

NORITAKE사를 선두로 하여 수출의 문을 열게 되었고 최근에는 OLED 2세대급

(370x430 mm) 증착용 메탈마스크 개발에 성공하여 국내에서 유일하게 삼성 및

LG에 공급하고 있다. 풍원정밀은 2세대급의 초박막 메탈마스크 생산에서 얻은 기

술력을 바탕으로 4세대급 (730x920 mm) 초박막 메탈마스크 생산에 필요한 기초

기술력을 일부분 확립하고 있다,

(주)이코니는 2003년부터 꾸준한 기술개발을 통해, 현재 에칭 전문업체로부터 2세

대 급 마스크를 수급 받아 FMA (frame metal mask) 를 제조한 다음 OLED제조업

체에 공급을 하고 있으며 마스크 아셈블리 국내 사장을 어느 정도 확보를 했으며

대만 U社에는 양산 공급을 시작하였다.

(주) 이코니는 2세대 증착용 마스크의 완제품인 FMA를 생산 해온 기술력을 바탕으

로 2005년부터 대면적 증착용 메탈 마스크 제조 기술개발을 시작하여 현재 양산라

인을 구축 중에 있으나, 에칭 전문 업체가 아니었기 때문에 균일에칭에 어려움이

있으리라 예상된다.

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현재 국내에서는 4세대급 증착용 마스크를 제조해 본 경험은 없어 대면적 메탈마스

크 균일 에칭기술 및 평가방법은 확립되어 있지 않지만 2세대급에서 축적한 기초

기술을 바탕으로 기술 지원만 잘되어진다면 4세대급의 마스크 생산이 조기에 이루

어지리라 생각된다. 따라서 기초 기술을 가지고 있으며 생산라인을 구축 중에 있는

(주)이코니에 기술 지원이 원활히 이루어진다면 생산 시기를 앞당기게 되어 국내외

시장을 선점 하리라 예상된다. 국내외 마스크 제조업체는 아래 표와 같다.

제 2 절 국외 기술현황

DNP는 증착용 마스크뿐만 아니라 TFT-LCD Color Filter 등을 생산하는 대기업이

며 TOPPAN 역시 마찬가지이다. 그러나 현재 2세대급 OLED 증착용 마스크 어셈블

리 시장은 한국은 이코니, 일본은 DNP, 대만은 이코니, DNP 구도로 이코니의 기술

은 세계 수준과 어깨를 나란히 하고 있다. 또한 마스크 시장은 한국은 풍원정밀, 일

본은 DNP, 대만은 풍원정밀, DNP 경쟁 구도를 갖고 있다. 최근의 연구 기술개발과

양산라인에 대한 투자로 (주)이코니는 어셈블리 시장 영역 확대는 물론 대형 증착

용 마스크 시장에 쉽게 진입 할 수 있는 기초를 튼튼히 한 상태이다

표 5 국내외 마스크 제조업체 기술현황

- 28 -

제 3 장 기술지원 수행 내용 및 결과

제 1 절 기술지원 수행

1. 기술지원 추진전략 및 체계

추진 전략의 개괄도가 그림-9에 나와 있다. 먼저 단일 셀들에 대한 에칭 특성을 평

가하는 기술을 확립하고 다음으로는 에칭 셀들 간의 균일도를 평가하는 기술 체계

를 수립하는 것이다. 6 시그마 기법과 미니탭을 적극 활용하여 대면적 균일에칭을

위한 주요인자와 특성 파라미터를 도출 한다. 실험의 량을 대폭 줄임과 동시에 향

후 실험 내용의 분석을 체계적으로 할 수 있도록 최소실험계획법에 의해 수행한다.

여기서 도출된 에칭시스템의 주요 인자와 특성을 미니탭을 이용하여 해석하고 최적

화한다. 최적화된 분사장치 와 에칭조건 각각의 변수 값들을 가지고 실제 실험을

수행한 후 단일 셀들의 에칭 특성 및 셀들 간의 균일도를 평가한다. 평가 결과가

만족스럽지 않으면 실험 측정값들을 다시 실험을 하는 과정을 반복한다.

그림 9 기술지원의 추진전략

- 29 -

본 기술지원은 최소실험계획법 작성 및 미니탭 응용, 시스템 수정 및 실험, 그리고

특성 평가 부분으로 구성되어 있다. 추진 전략은 최소실험설계법과 미니탭 프로그

램을 이용한 해석 기법을 도입하여 에칭시스템을 (분사장치와 에칭조건) 최적화를

체계적이고 효율적으로 하자는 것이며, 궁극적으로는 실험의 횟수를 대폭 줄여 실

험에 드는 비용과 시간을 대폭 줄이는 것이다.

그림 10 기술지원 추진체계

2. 대면적 마스크 검사 기술지원

가. 대면적 마스크의 검사 기술지원 프로세스

대면적 마스크 검사기술 지원의 과제수행 프로세스를 분석해보면 그림-11과 같이

우선 표본추출 계획을 수립하고 표본에 대한 고배율 디지털광학현미경 및 SEM 을

이용하여 어퍼춰 크기와 앵글을 측정한다. 그다음 측정된 값을 이용하여 6시그마

기법 중 미니탭 프로그램을 이용하여 공정 분석을 한다. 메탈 마스크의 특성은 어

퍼춰의 위치, 어퍼춰의 크기, 그리고 어퍼춰의 테퍼앵글 이 세 가지의 정확도와 정

밀도에 있다. 어퍼춰 위치에 관해서는 마스크를 FMA에 고정시키는 방법에 따라서

차이가 있고 측정도 FMA상에서 해야 되기 때문에 본 기술지원에서는 제외하였다.

따라서 본 과제에서는 어퍼춰의 크기와 어퍼춰 테퍼앵글에 관해서만 기술지원을 한

다. 마스크 검사기술 지원을 위해서, 이미 상용으로 쓰이고 있는 메탈마스크를 구입

하여 최적의 검사기술을 확립하고 지원하였다.

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그림 11 대면적 마스크 검사/평가 시스템 구축 프로세스 분석

나. 증착용 메탈 마스크의 주요특성 정의

(1) 어퍼춰의 크기 및 테퍼 앵글

메탈 마스크에는 마스크로서 역할을 하는 에칭된 영역 (그림-12에 (a) 셀이라고 표

기)과 에칭 되지 않은 영역이 있는데, 셀 영역을 확대해서 보면 에칭된 구멍(어퍼

춰)들이 보인다. 이 어퍼춰를 확대해서 보면 그림-12 (c)와 같이 표기되고 어퍼춰

의 단면을 보면 그림-12 (d)와 같이 나타난다. 따라서 어퍼춰의 크기는 고배율 디

지털 광학 현미경으로 측정을 하여 이미지 분석프로그램을 통하여 값을 구한다. 또

한 어퍼춰의 테퍼앵글 또한 고배율 디지털 광학현미경으로 측정하여 이미지 분석프

로그램을 통하여 값을 구한다.

(2) 마스크 균일도

마스크의 품질을 정의 하는데 중요한 요소 중의 하나가 어퍼춰의 크기와 앵글의 균

일도이다. 셀-1 지역 내에서의 어퍼춰 평균값은 셀-9 지역 내에서의 평균값과 다

를 수 있고, 이들의 평균값 허용치는 마스크 품질을 정하는 주요 스펙중의 하나이

다.

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그림 12 2세대용 메탈마스크

다. 표본 샘플링

마스크의 품질은 모든 어퍼춰에 대해서 크기와 앵글 값을 구한다음 그 값들에 대한

분포를 통계적인 기법으로 분석하면 나올 수 있다. 그러나 2세대급은 약 72개의 셀

이 있고, 4세대급에는 약 288개의 셀이 있으며, 각각의 셀 내에는 약 76,800개의

어퍼춰가 있다. 따라서 2세대급 메탈 마스크에 있는 총 어퍼춰의 수는 약

5,529,600개이고 4세대급 마스크에는 22,118,400개의 어퍼춰가 있다. 이들을 전부

다 검사하기에는 비용과 시간이 많이 들고 현실적으로 시간상 불가능 하므로, 상대

적으로 적은 량의 샘플만 검사하여 전체 모집단에 대한 결론을 얻고자 한다.

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표본추출 방법에는 랜덤샘플링, 층화 랜덤샘플링, 계통적 샘플링, 서브그룹 샘플링,

등등의 방법이 있다. 본 기술지원 에서는 서브그룹 샘플링 방법을 따라 표본을 추

출하였다. 마스크를 여러 지역으로 균등하게 나누고 각 지역에서 랜덤하게 표본을

추출하여 어퍼춰 크기와 앵글을 측정하여 각 지역의 마스크 특성을 평가한 다음 그

값들의 평균값들의 분석하여 균일도를 평가 하였다. 2세대급 OLED 증착용 메탈마

스크가 그림-13에 나타나 있고 72개의 셀 중에 표본으로 추출된 셀이 빨간색 직사

각형으로 표시되어 있다. 그리고 셀들이 C-1, C-2, C-3,.., C-12, C-13으로 표기

되어 있다. 표본 셀의 적절한 크기는 셀의 수를 변화 시키면서 측정값의 변화를 보

면서 최종 선정해야 한다. 어퍼춰는 선정된 셀 내에서 무작위로 추출하였고, 적절한

표본 수는 표본수를 늘려가면서 통계분포의 변화를 해석해서 결정해야 된다.

그림 13 2대 OLED 증착용 마스크 표본 추출 방법

라. 대면적 마스크 검사기술 지원

(1) 어퍼춰 크기 평가기술

2세대급에서 표본을 추출은 서브그룹 랜덤샘플링 방법에 의해 하였다. 우선 샘플링

할 셀을 선정하고, 각 셀 내에서 무작위로 어퍼춰를 선정하였다.

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그럼 14 어퍼춰 크기 측정값 50개로 이루어진 표본에 대한 분포분석.

셀은 그림-13에서 C-3으로 선정하였고, C-3 셀에 있는 76,800개의 셀 중에서 표

본을 각 50개를 추출하여 어퍼춰 크기를 재고 그림-14에 크기분포를 플롯 하였다.

50개의 데이터들에 대해, 데이터들 의 측정순서에 관한 연관성을 보기위해 시계열

도를 플롯 하였더니, 그림-14 (a)에서 보는바와 같이 데이터가 측정순서에 무관하

게 분포하는 것을 알 수 있었다. 공정 능력 히스토그램을 사용하면 군 내 데이터의

정규성을 평가하고 분포를 비교할 수 있습니다. 그림-14 (b)에서와 같이 곡선을 막

대에 비교함으로써 데이터의 정규성을 평가합니다. 정규 분포는 대칭이고 종 모양

입니다. 표본 크기가 작을 경우 히스토그램으로 정규성을 평가하기가 어렵지만 본

데이터는 충분한 정규성을 보인다.

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데이터의 정규성 검증을 정량적으로 정확히 하기 위하여 Anderson-Darling 정규성

검정법을 사용하여, 어퍼춰의 크기에 대한 누적 백분율을 그림-14 (c)에 플롯 하였

다. 데이터가 완전히 정규 분포를 따르는 경우 확률도의 데이터 점들은 직선을 형

성합니다. 빨강색 선은 데이터가 추출된 모집단에 대한 누적분포함수의 추정치를

형성합니다. 표시된 그래프는 Anderson-Darling 정규성 검정을 사용하여 생성되었

지만 선택한 검정에 상관없이 동일한 그래프가 생성됩니다. 어퍼춰 크기 데이터의

그래프에서는 점들이 기준선에 상당히 가까이 있다. 이것은 데이터가 정규 분포를

가짐을 의미한다. Anderson-Darling 정규성 검정하면 p-값이 나오는데 p-값이 0.1

보다 크면 정규분포를 따른다고 한다. 어퍼춰 크기 값 50개 데이터로 이루어진 표

본에 대한 정규성 검증은 p-값=0.92를 주어 매우 높은 정규성을 갖는 것을 알 수

있다.

그림 15 어퍼춰 크기 데이터 50개로 이루어진 표본에 대한 공정능력 평가. 어

퍼춰 크기의 목표 값은 56 urn, 허용오차는 ±5um 이다. 관측된 최대

오차는 약 ±2um

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어퍼춰 크기 50개에로 이루어진 표본으로부터 어퍼춰 정확도 ±5um이내의 값을 만

족시키는지 알아보기 위해 공정능력을 평가하였다. 그림-15에 나타난 바와 같이

50개의 데이터로 이루어진 표본에서 어퍼춰 크기의 목표 값은 56 um이고 규격하

한은 51um 규격상한은 61um일때 데이터 50개는 모두 규격하한 과 상한 값 내에

들어왔고, 표본의 데이터가 백만 개로 늘어난다고 가정 했을 때에도 모두 규격 내

에 들어옴을 알 수 있다. 따라서 어퍼춰 50개만 샘플링을 하더라도 표본추출은 충

분히 잘되어 있음을 나타낸다.

그림 16 어퍼춰크기 데이터 40개, 30개, 20개, 10개로 이루어진 표본에 대한

공정능력. 어퍼춰 크기의 목표 값은 56 um, 허용오차는 ±5um 이다.

대면적 마스크 평가 기술지원에서 가장 중요한 점은 얼마만큼 빨리 마스크의 어퍼

춰 크기와 테퍼앵글을 평가하느냐에 있다. 즉 수천만개이상의 어퍼춰를 전수검사하

지 않고 작은 수의 어퍼춰 평가만으로도 신뢰성 있는 평가를 하느냐 이다. 즉 마스

크 평가에서 표본의 데이터 수가 작으면 작을수록 좋은 것이다. 주어진 셀을 평가

하기위해 50개의 어퍼춰를 샘플링 하여 평가하는데 약 2시간 정도가 소요된다.

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좀 더 시간을 단축하기 위해 샘플링 수를 줄이면서 표본을 만들었다. 각각 데이터

40개, 30개, 20개, 10개로 이루어진 4개의 표본을 만들은 다음 각각의 표본에 대해

공정능력을 평가하여 그림-16에 나타내었다. 그림-16에 나타난 공정능력 분석에

의하면 4개의 표본 모두, 어퍼춰 크기 목표 값 56um이며 크기의 허용된 산포범위

값 ±5um를 벗어나는 어퍼춰는 백만 개당 1개도 안되어 공정능력이 우수하다고 할

수 있다. 즉 10개 이상의 데이터만 샘플링 하더라도 백만개 이상의 어퍼춰를 모두

샘플링 한것과 동일한 평가결과를 준다는 것을 알 수 있다. 각 표본에 대한 주요

통계량이 표 6에 정리되어 있다.

표 6 각각의 표본에 대한 어퍼춰 크기분포 주요 통계량. 목표값 56 um, 허용오차

±5um.

어퍼춰 크기의 균일도 평가를 위해 그림-13에 표시된바와 같이 마스크를 여러 지

역으로 균등하게 분할하였고 셀 샘플링의 수에 따라 4개의 표본을 만들었다. 균일

도 평가는 주어진 표본의 각 셀에서 랜덤하게 어퍼춰를 추출하여 어퍼춰 크기와 앵

글을 측정하여 각 셀의 마스크 특성을 평가한 다음 그 값들의 평균값들의 분석하여

균일도를 평가 하였다. 즉 표본-1 에서는 13개의 셀들에 대해 각각 20개의 어퍼춰

를 무작위로 추출하여 어퍼춰 크기의 평균값을 구하고 13개의 평균의 분포로부터

마스크 전체의 균일도를 평가 하였다. 표본-2에서는 9개의 셀, 표본-3에서는 5개

의 셀, 그리고 표본-4에서는 4개의 셀에 대해서 각각 20개의 어퍼춰를 무작위로

추출하여 20개에 대해 크기의 평균값을 구해 그들의 균일도로부터 마스크 전체의

균일도를 평가하였다. 각각의 표본에 속한 셀들이 표-7에 정리되어 있다.

표 7 샘플링된 셀의 표본들

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그림 17 셀들 간의 평균 어퍼춰크기 값으로 이루어진 표본들의 공정능력 평가.

어퍼춰 크기의 목표값은 56 urn, 허용오차는 ±2um 이다. (a) 표본-1, 셀의 수 13.

(b) 표본-2, 셀의 수 9. (c) 표본-3, 셀의 수 5. (d) 표본-4, 셀의 수 4.

표 8 각각의 표본에 대한 평균 어퍼춰크기 분포 주요 통계량. 목표 평균값 56 um,

평균값 허용오차 ±2urn.

각각의 표본에 대해 공정능력을 평가하여 그림-17에 나타내었다. 그림-17에 나타

난 공정능력 분석에 의하면 4개의 표본 모두, 어퍼춰 크기평균 목표값 56um이며

셀간 평균 크기의 허용된 산포범위 값 ±2um를 벗어나는 셀은 백만 개당 1개도 안

되어 공정능력이 우수하다고 할 수 있다.

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즉 마스크의 균일도 평가를 위해 4개 이상의 셀만 샘플링 하더라도 백만 개 이상의

셀 모두를 샘플링 한 것과 동일한 평가결과를 준다는 것을 알 수 있다. 각 표본에

대한 주요 통계량이 표 8에 정리되어 있다.

(2) 테퍼 앵글 평가기술

셀은 그림-13에서 C-3으로 선정하였고, C-3 셀에 있는 76,800개의 셀 중에 표본

을 각 50개를 추출하여 어퍼춰 테퍼앵글을 재고 그림 20에 테퍼앵글 분포를 플롯

하였다.

그림 18 어퍼춰 테퍼앵글 측정값 50개로 이루어진 표본에 대한 분포분석.

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50개의 데이터들에 대해, 데이터들의 측정순서에 관한 연관성을 보기위해 시계열도

를 플롯 하였더니, 그림-18 (a)에서 보는바와 같이 데이터가 측정순서에 무관하게

분포하는 것을 알 수 있었다. 공정 능력 히스토그램을 사용하면 군내 데이터의 정

규성을 평가하고 분포를 비교할 수 있습니다. 그림-18 (b)에서와 같이 곡선을 막대

에 비교함으로써 데이터의 정규성을 평가합니다. 정규 분포는 대칭이고 종 모양입

니다. 표본 크기가 작을 경우 히스토그램으로 정규성을 평가하기가 어렵지만 본 데

이터는 충분한 정규성을 보인다.

그림 19 어퍼춰 테퍼앵글 데이터 50개로 이루어진 표본에 대한 공정능력 평가.

어퍼춰 크기의 목표값은 46°, 허용오차는 ±5° 이다. 관측된 최대오차는

약 ±2° 이다.

데이터의 정규성 검증을 정량적으로 정확히 하기 위하여 Anderson-Darling 정규성

검정법을 사용하여, 어퍼춰의 테퍼앵글에 대한 누적 백분율을 그림-18 (c)에 플롯

하였다. 데이터가 완전히 정규 분포를 따르는 경우 확률도의 데이터 점들은 직선을

형성합니다. 빨강색 선은 데이터가 추출된 모 집단에 대한 누적분포함수의 추정치

를 형성합니다. 표시된 그래프는 Anderson-Darling 정규성 검정을 사용하여 생성

되었지만 선택한 검정에 상관없이 동일한 그래프가 생성됩니다.

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어퍼춰 크기 데이터의 그래프에서는 점들이 기준선에 상당히 가까이 있다. 이것은

데이터가 정규 분포를 가짐을 의미한다. Anderson-Darling 정규성 검정하면 p-값

이 나오는데 p-값이 0.1보다 크면 정규분포를 따른다고 한다. 어퍼춰 테퍼앵글 값

50개 데이터로 이루어진 표본에 대한 정규성 검증은 p-값=0.93를 주어 매우 높은

정규성을 갖는 것을 알 수 있다.

어퍼춰 테퍼앵글 50개에로 이루어진 표본으로부터 테퍼앵글 정확도 ±5° 이내의 값

을 만족 시키는지 알아보기 위해 공정능력을 평가하였다. 그림 19에 나타난 바와

같이 50개의 데이터로 이루어진 표본에서 어퍼춰 테퍼앵글의 목표값은 46° 이고 규

격하한은 41° 규격상한은 51° 일 때 데이터 50개는 모두 규격하한 과 상한값 내에

들어왔고, 표본의 데이터가 백만 개로 늘어난다고 가정 했을 때에도 모두 규격 내

에 들어옴을 알 수 있다. 따라서 어퍼춰 50개만 샘플링을 하더라도 표본추출은 충

분히 잘되어 있음을 나타낸다.

그림 20 어퍼춰 테퍼앵글 데이터 (a) 40개, (b) 30개, (c) 20개, (d) 10개로

이루어진 표본에 대한 공정능력. 테퍼앵글의 목표값은 46°, 허용오차는 ±5° 이다.

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주어진 셀의 테퍼앵글을 평가하기위해 50개의 어퍼춰를 샘플링 하여 평가하는데 약

2시간 정도가 소요된다. 좀 더 시간을 단축하기 위해 샘플링수를 줄이면서 표본을

만들었다. 각각 데이터 40개, 30개, 20개, 10개로 이루어진 4개의 표본을 만들은

다음 각각의 표본에 대해 공정능력을 평가하여 그림-20에 나타내었다. 어퍼춰 테퍼

앵글 ±5° 의 정확도를 만족시켜야 될 때 4개의 표본 모두 공정능력이 우수하다고

할 수 있다. 즉 10개 이상의 데이터만 샘플링 하더라도 백만 개 이상의 어퍼춰를

모두 샘플링한 것과 동일한 평가결과를 준다는 것을 알 수 있다. 각 표본에 대한

주요 통계량이 표 9에 정리되어 있다. 그림-20에 나타난 공정능력 분석에 의하면,

어퍼춰 크기 목표 값 46°이며 크기의 허용된 산포범위 값 ±5°를 벗어나는 어퍼춰

는 표본5, 표본-4, 표본-3에서는 백만 개당 1개도 안되어 공정능력이 우수하다고

할 수 있지만, 데이터의 수가 각각 20과 10인 표본-2와 표본-1 에서는 목표치를

벗어나는 어퍼춰는 백만 개당 5개와 56개 정도로 나와 샘플링의 수를 늘려야 됨을

알 수 있다. 즉 30개 이상의 데이터만 샘플링 하더라도 백만 개 이상의 어퍼춰를

모두 샘플링 한 것과 동일한 평가결과를 준다는 것을 알 수 있다. 각 표본에 대한

주요 통계량이 표-9에 정리되어 있다.

표 9 각각의 표본에 대한 어퍼춰 테퍼앵글 분포 주요 통계량. 목표값은 46°,

허용오차는 ±5°.

어퍼춰 크기의 균일도 평가를 위해 그림-13에 표시된바와 같이 마스크를 여러 지

역으로 균등하게 분할하였고 셀 샘플링의 수에 따라 4개의 표본을 만들었다. 균일

도 평가는 주어진 표본의 각 셀에서 랜덤하게 어퍼춰를 추출하여 어퍼춰 앵글을 측

정하여 그 값들의 평균값들의 분석하여 균일도를 평가하였다. 즉 표본-1 에서는

13개의 셀들에 대해 각각 30개의 어퍼춰를 무작위로 추출하여 어퍼춰 테퍼앵글의

평균값을 구하고 13개의 평균 분포로부터 마스크 전체의 균일도를 평가 하였다. 표

본-2에서는 9개의 셀, 표본-3에서는 5개의 셀, 그리고 표본-4에서는 4개의 셀에

대해서 각 각 30개의 어퍼춰를 무작위로 추출하고 30개에 대해 테퍼앵글의 평균값

을 구해 그 평균값의 산포로부터 마스크 전체의 균일도를 평가하였다. 각각의 표본

에 속한 셀들이 표-7에 정리되어 있다.

- 42 -

그림 21 셀들 간의 평균 테퍼앵글 값으로 이루어진 표본들의 공정능력 평가.

테퍼앵글 평균 목표값은 46°, 평균값의 최대 허용오차는 ±2° 이다. (a) 표본-4, 셀

의 수 13. (b) 표본-3, 셀의 수 9. (c) 표본-2, 셀의 수 5. (d) 표본-1, 셀의 수 4.

각각의 표본에 대해 공정능력을 평가하여 그림-21에 나타내었다. 그림-21에 나타

난 공정능력 분석에 의하면 4개의 표본 모두, 어퍼춰 테퍼앵글 평균 목표값 46° 이

며 평균의 허용된 산포범위 값 ±2°를 벗어나는 셀은 백만 개당 1개도 안되어 공정

능력이 우수하다고 할 수 있다. 즉 4개 이상의 셀만 샘플링 하더라도 백만 개 이상

의 셀 모두를 샘플링 한 것과 동일한 평가결과를 준다는 것을 알 수 있다. 각 표본

에 대한 주요 통계량이 표-10 에 정리되어 있다

- 43 -

표 10 각각의 표본에 대한 평균 테퍼앵글 분포 주요 통계량. 목표 평균값은 46°,

평균값 허용오차는 ±2°.

3. 대면적 마스크 균일에칭 기술지원

가. 대면적 메탈마스크 균일에칭 이론

(1) 인바합금 에칭이론

인바합금은 Fe 64 at% Ni 36 at%로 이루어진 물질로서 염화제이철 용액과 반응하

며, Fe와 Ni의 에칭화학 반응식은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

한편 인바합금과 염화제이철 용액의 에칭화학 반응식은

위 에칭화학 반응은 합금표면에서 합금내의 중성 금속원자 Fe0 또는 Ni0와 에천트

속에 있는 Fe3+ 이온 간의 전자이동으로 일어난다. 전자이동 반응에 의한 에칭반응

을 정확히 쓰면 식 (4)와 (5)와 같이 나타낼 수 있다.

여기서 liquid는 에칭액속에 녹아있는 상태를 나타내고 solid는 마스크 원재료인 인

바합금을 나타낸다.

에칭속도는 에천트의 농도 및 온도, 에천트 용액 속에 있는 Fe3+ 이온이 합금표면

으로 확산하는 속도, 합금표면으로부터 유리되어 나온 Fe2+ 과 Ni2+ 이온이 에천트

용액 속으로 되돌아가는 확산속도 등에 강하게 의존한다.

(2) 스프레이 수직에칭 이론적 모델

현재 2세대급 에칭공정을 자세히 살펴보면 그림-4와 같이 마스크 원재가 수평으로

누워있고 그 위에서 또는 위아래에서 동시에 에천트가 분사되는 형태이다. 이런 에

칭공정에서는 폐에칭액이 빠르게 흘러내려갈 수가 없어서 중앙부위와 가장자리의

에천트 농도가 서로 다르다.

- 44 -

따라서 중앙부위와 가장자리의 어퍼춰 크기나 테퍼앵글이 달라지는 문제점이 있다.

즉 대면적 균일에칭을 위해서는 적합하지 않은 방법이다. 스프레이 에칭공정은 증

착용 마스크의 품질에 직접적인 영향을 미치는 공정으로 공정조건의 미세한 변화에

의해 제품의 품질이 현격히 변화되는 특정을 가지고 있다. (주) 이코니는 이러한 문

제점을 해결하기위해 새로운 에칭시스템인 수직에칭시스템을 그림-5와 같이 구축

하였다.

그림 22 스프레이 수직에칭의 이론적 모델

스프레이 수직에칭에서 가장 중요한 것은 그림-22에 나와 있는 이론적인 모델과

같이 에칭용액의 이중층 (double layer) 구조이다. 수직으로 세워져있는 인바합금

박막에 염화제이철 에천트를 스프레이 분사하면, 분사된 에천트는 금속표면의 액체

막 층을 뚫고 금속표면에 도달하여 금속표면에 가까운 층에 에천트로만 이루어진

새로운 층을 만든다.

- 45 -

이 깨끗한 층이 금속을 에칭해 내고 뒤이어 스프레이로부터 분사되는 에천트에 의

해 뒤로 밀려나게 된다. 두꺼운 벌크 용액막 층은 염화제이철 용액의 Fe3+ 이온과

에칭되어 나온 Fe2+와 Ni2+로 이루어져 있고, 중력에 의해 빠르게 아래로 흘러내린

다. 안쪽의 아주 얇은 막은 항상 스프레이 노즐로부터 분사된 순수 염화제이철 용

액으로 이루어져 있다. 따라서 노즐에서 분사되는 에천트의 액적들이 금속 표면에

고르게 분사되고, 벌크 용액막을 통과 할 수 있을 정도의 입자 크기와 압력이 된다

면 금속표면에서 에칭액의 농도와 순도는 전 지역에서 일정하다. 따라서 수평에칭

기술이나 딥에칭 기술에서 접하는 문제 즉 에칭용액 농도가 금속표면의 위치에 따

라서 또는 시간에 따라서 변하는 문제를 원천적으로 피할 수 있다.

나. 대면적 마스크 균일에칭 프로세스 분석

그림 23 대면적 마스크 균일에칭 최적조건 도출을 위한 프로세스 분석

증착용 메탈마스크는 열팽창계수가 작은 인바합금을 사용하며, 제조공정은 그림-23

에 나타난 것과 같이 크게 세정, PR코팅, 노광, 현상, 에칭, 박리, 검사의 공정을

통해서 생산된다. 세정공정에서는 금속소재의 표면에 부착된 방청유 성분을 완전히

제거한다. 탈지가 불충분하면 PR공정에서 도포한 감광액막이 떨어지거나 나중에 에

칭공정에서 불량이 발생한다. 세정공정이 끝나면 인바 합금 박판에 감광액을 도포

하는데 Resist의 막 두께는 마스크 패턴의 해상도 에칭시 핀홀 결함, 박리공정에 영

향을 주는 것으로 나타나 적정의 두께를 도포해야한다.

- 46 -

도포된 PR막은 자외선 발생장치가 있는 노광기로 이동하여 노광을 한다. 노광이 끝

나면 물 또는 용제로 현상하여 일정한 패턴대로 금속재가 노출되도록 한다.

노출된 금속재는 에칭공정에서 염화제이철 용액을 스프레이 분사하여 어퍼춰를 형

성한다.

에천트인 염화제이철은 강한 산화력을 가지고 있으며 금속 및 다양한 합금의 식각

에 사용될 수 있는 폭넓은 반응성을 가지고 있다. 또한 값이 비교적 저렴하고 유독

가스와 냄새의 발생이 적어 여러 정밀 전자부품의 에천트로도 널리 사용되고 있다.

스프레이 수직에칭방법에 의한 대면적 균일에칭을 위해 필요한 요소기술 및 변수들

을 파악하기 위해 프로세스 분석을 통한 인풋인디케이터 (Input indicator), 프로세

스 인디케이터 (Processor indicator), 아웃풋 인디케이터 (Output indicator)들을

도출 했다.

그림 24 스프레이 수직에칭법에 의한 대면적 마스크 제조에서의 단계별 주요

인디케이터들.

도출된 각종 인디케이터들을 분석해보면 에칭시스템의 장비에 관련된 것, 에천트에

관련된 것, 그리고 에칭시스템 운용과 관련된 것들로 구분을 지을 수 있다. 에칭시

스템과 에칭시스템의 운용에 관계된 것은 노즐수, 노즐의 간격 및 배치, 분사량, 분

사압, 노즐의 좌우 요동등 이다. 에천트에 관계된 것은 농도와 온도였다.

다. 대면적 스프레이 수직에칭 시스템 최적화

(1) 전산모사를 이용한 수직에칭 분사시스템 설계요소 도출

스프레이 수직에칭시스템의 최적화에서 가장 중요한 부분은 에천트가 에칭 될 물질

전체에 균일하게 분사되어야 한다. 균일한 분사를 시스템 설계를 위해 중요한 고려

사항은 (ㄱ) 전체 노즐의 수 및 노즐 배치, (ㄴ) 노즐간의 간격, (ㄷ) 분사각, (ㄹ)

노즐과 에칭될 기판과의 거리, (ㅁ) 노즐의 좌우요동 거리와 속도이다. 노즐에서 분

사되어 나온 에천트 스프레이들은 그림-25 (a) 에서와 같이 서로 겹쳐지게 분사되

어야 한다.

- 47 -

그림 25 스프레이 수직에칭 시스템 개념설계도

- 48 -

그림 26 스프레이 수직에칭 분사시스템 3차원 개념설계도

- 49 -

기판의 모든 지역을 균일하게 분사를 하게 하기위해서는 수많은 노즐을 부착하여야

하나, 시스템이 복잡해지고 일정한 분사압을 유지하는데 문제가 발생할 수 있기 때

문에 수직 방향으로는 그림-25 (b)에서와 같이 매우 조밀하게 배치하고, 수평방향

으로는 적게 배치한다. 에천트 스프레이가 도달하지 못하는 지역을 위해서는 그림

-25 (b)에서와 같이 노즐들이 좌우 요동을 하여 기판의 모든 부분에 분사를 시킨

다. 스프레이 수직에칭 시스템의 3차원 개념 설계도가 그림-26에 나타나 있다.

따라서 대면적 수직에칭시스템의 설계에서 중요한 설계 변수는 아래 다섯 개 이다.

-수직 방향으로의 노즐간 간격 δx

-수평 방향으로의 노즐간 간격 δy

-노즐과 에칭기판 과의 거리 d

-좌우 요동거리 Y

-좌우 요동주기 T

그림 27 에칭시스템 설계를 위한 전산모사. 수직방향으로 노즐간 간격이

10cm이고 노즐과 기판과의 거리가 158mm 일 때 기판표면에서의 분사량.

- 50 -

위 설계 변수를 정하기 컴퓨터 모델링을 하였다. 컴퓨터 모델링은 위 6개의 변수를

입력하고 기판에 입사하는 에칭액의 분사량을 전산모사하였다. 수직방향의 노즐간

간격 δx를 최적화 하기 위해서는 노즐에서 분사되는 분사각이 고정되어 있을 때 노

즐과 에칭기판의 거리 d와 노즐간의 간격 δx를 변화 시키면서 분사되는 에칭액의

균일도를 플롯 하였다. 노즐을 분사각이 60°로 고정된 것을 구매하였기 때문에 고

정된 상수이다. 그림-27은 노즐과 에칭기판의 거리가 158mm 이고 노즐간의 간격

δx가 100mm 일 때 기판표면에 분사되는 분사량을 나타낸 것이다.

컴퓨터 모델링은 수평방향으로의 노즐간격 δx, 좌우 요동거리, 그리고 좌우 요동주

기에 대해서도 같은 방법으로 최적화 되었다. 컴퓨터 모델링에 의해 최적화된 수직

에칭 시스템의 주요 제원이 표-11에 정리되어 있고y 설계 디자인 도면이 그림-28

과 그림-29에 나타나 있다

표 11 스프레이 수직에칭 분사시스템의 주요 변수들에 대한 컴퓨터 모델링 결과

- 51 -

그림 28 스프레이 수직에칭 시스템 디자인. 정면도

- 52 -

그림 29 스프레이 수직에칭 시스템 디자인. 입체도

- 53 -

(2) 대면적 스프레이 수직에칭 분사시스템 최적화

전산모사에 바탕을 두고 설계하여 제작한 스프레이 수직에칭 분사시스템 테스트 및

추가 최적화는 금속기판 대신 유리 기판을 이용하여 수행하였다. 추가최적화 해야

될 변수는 요동주기 이다. 유리 기판을 선정한 이유는 유리표면의 거칠기가 최대

±0.01um 이내이고 에칭 실험을 수행하기가 금속에 비해 수월하기 때문이었다. 대

면적 균일에칭 시스템 테스트 및 최적화는 2세대급 유리 9장을 그림-30 (a)와 같

이 붙여서 수행하였다. 에칭 후 균일도 평가를 위해 편의상 유리기판을 그림-30

(b)와 같이 레이블링하였고, 각각의 유리기판에 대해서 그림-30 (c)와 같이 8개의

포인트에 대해 두께측정을 하여 균일도를 평가하였다.

(a) Spray 수직에칭 시스템

(b) 유리기관 레이블링 (c) 측정부위 레이블링

그림 30 스프레이 수직에칭 시스템에 유리기판 9장을 로딩 하는 방법

- 54 -

(주) 이코니의 스프레이 수직에칭 시스템에 2세대급 유리 9장을 부착할 경우 에칭

면적은 약 5 세대급 이상이 되므로 현 과제의 최대 목표인 4세대급을 훨씬 상회한

다. 참고로 4세대급은 2세대급 4장을 부착한 크기이다. 따라서 유리기판 9장을 부

착하여 에칭을 한 후 에칭된 9장의 유리두께 균일도가 ±8um 이내에 들어온다면

설계 제작된 스프레이 분사장치가 이상이 없음을 나타내는 것이다. 표-11 에서와

같이 스프레이 수직에칭 분사시스템의 요동주기는 실험으로 최적화를 해야 되는 부

분이다. 본 실험에서는 요동주기를 5~20회/minn 범위 내에서 변화시키면서 유리의

표면조도와 두께를 측정 평가하여 최적화 하였다. 요동주기 5회/min. (실험-1), 10

회/min. (실험-2), 15회/min. (실험-3), 20회/min. (실험-4), 그리고 13회/min. (실

험-5)에서의 실험값이 표-12, 표-13, 표-14에 정리되어 있다. 실험-1 ~ 실험-4의

데이터는 약 440um의 두께를 에칭한 후 유리9장 각각에 대해 8포인트씩 유리두께

를 측정한 것이고 실험-5는 약 640um의 두께를 에칭한 후의 데이터이다. 따라서

각각의 실험 당 두께 측정 데이터의 수는 72개씩이 된다. 72개의 데이터에 대해 미

니탭 프로그램을 이용하여 통계 분석이론에 의한 공정능력 분석을 하였다. 공정능

력 분석결과는 그림-31 ~ 그림-33에 나타나 있고 공정능력 주요 데이터들이 표

-15에 정리되어 있다. 요동주기에 따른 표준편차는 2~6um이었고 허용 에칭에러

±30um에 잘 들어왔다. 요동주기가 20회/min. (실험-4)일 때가 에칭의 불균일도가

가장 크고, 백만분의 11정도 허용오차 ±30um에 들어오지 못하는 것으로 나타났

다. 따라서 요동주기가 7~13 회/min.이내 이면, 5세대급의 대면적을 50um 두께

에칭할 때 에칭에러는 약 ±3um/50um 로 나타났다. 이정도의 정확도면 OLED증착

용 메탈마스크의 정확도에서 요구하는 ±8um보다 훨씬 더 정확하고 균일하게 에칭

됨을 나타낸다.

- 55 -

표-12 실험1서는 요동주기가 5회/min.이고 실험2에서는 요통주기가

10회/min. 이다. 에칭전 유리 두께는 1260 um.

- 56 -

표-13 실험3에서는 요동주기가 15회/min.이고 실험4에서는 요동주기가

20회/min. 이다. 에칭전 유리 두께는 1260 um.

- 57 -

표-14 실험5에서는 요동주기가 13회/min.이다. 에칭전 유리 두께는 1260 um.

- 58 -

그림 31 표-12에 나와 있는 에칭특성에 대한 공정능력 분석

- 59 -

그림 32 표-13에 나와 있는 에칭특성에 대한 공정능력 분석

- 60 -

그림 33 표-14에 나와 있는 에칭특성에 대한 공정능력 분석

표-15 요동주기를 바꾸면서 1260um 두께의 유리기판을 에칭한 후 두께 측정에

대한 공정능력 통계 분석결과 (허용 에칭오차 두께 ±42um)

- 61 -

수십 회 실험결과 최적화된 요동주기는 7~13회/min. 이었다. 아래의 표면조도와

두께에 대한 데이터는 요동주기가 13회/min.일 때 440um 두께를 에칭해낸 후의

결과이다.

그림 34 440um 두께를 에칭해낸 후 그림-30에서 유리기판-01, 유리기판-05,

유리기판-07, 유리기판-09 시료의 P4지점에서 표면조도

그림-30에 레이블링된 유리 9장 모두에 대해 각각 8포인트씩의 측정하였다. 그림

-31은 그중 대표적인 몇 개의 표면조도 사진이다. 표면조도는 Ra, Rq, Rt, Rz로

나타낼 수 있는데 각각의 정의는 다음과 같다.

-Ra: 전체 구간에 대한 평균값

-Rq(RMS): Ra(평균값) 의 RMS 값

-Rt : 측정구간 전체에서 중심선을 기점으로 상위 최대값과 하위 최대값을 더한 값

-Rz(DIN) : 측정구간 전체를 5등분하여 각등분별로 최대값을 구하고 구한 값들의

합을 5로 나눈 값

- 62 -

그림 35 그림-30에서 유리기판-01 시료의 P1지점에서 에칭후의 표면조도

측정구간 전체에서 중심선을 기점으로 상위 최대값과 하위 최대값을 더한 값 즉 최

대와 최소치의 높이 차이를 나타내는 Rt값을 보면 그림-31에서 4.71um이었다.

440um를 에칭했을 때 최대 두께편차가 4.71um 임을 나타낸다. 표면조도 측정으로

부터 그림-32와 같이 라인 프로파일을 하면 깊이 방향으로 좀 더 구체적인 데이터

를 얻을 수 있다. 많은 표변조도 데이터를 분석해보면 유리표면에 있는 깊은 구덩

이들의 직경은 주로 약 0.1~1mm 정도였고 깊이는 대체로 5um이내이었다.

- 63 -

OLED용 인바합금의 두께가 50um이므로 예상되는 1mm이내 구간에서 최대 에칭불

균일도는 0.5um이다.

(3) 대면적 스프레이 수직에칭 실험조건 최적화

대면적 균일에칭을 위해서 스프레이 수직에칭 시스템을 이용하였고, 전산모사를 바

탕으로 스프레이 분사시스템을 설계하고 추가실험을 통해서 분사장치의 요동주기를

최적화하여 4세대급 이상의 유리기판을 균일하게 에칭할 수 있는 스프레이 분사시

스템을 최적화 하였다. 인바호일을 에칭하여 메탈 화인마스크를 제조하기 위해서는

에천트의 첨가제, 농도, 온도 그리고 분사압을 추가로 최적화해야 된다. 에천트의

첨가제와 농도는 D사의 상용 인바합급 에칭용 에천트를 사용하였으므로 연구범위

에서 제외시키고, 에천트의 온도와 분사압을 최적화 하였다.

대면적 온도 및 분사압 최적화는 2세대급 인바호일 9장을 그림-30 (a)와 같이 붙

여서 수행 하였다. 에칭 후 균일도 평가를 위해 편의상 기판호일을 그림-30 (b)와

같이 레이블링하였고, 각각의 호일기판에 대해서 그림-30 (c)와 같이 8개의 포인트

에 대해 어퍼춰 크기 빛 앵글측정을 하여 정확도와 균일도를 평가하였다. 정확도와

균일도는 아래와 같은 식을 이용하였다.

평균값=(전체 72개 측정값의 값)/72

불균일도=각각의 호일균일도 중 최대값

호일평균값 = (각호일 8개 측정값의 합)/8

호힐균힐도= ∣호일평균값-평균값∣ (절대값이다).

표-16 실험조건에 따른 에칭특성 변화

- 64 -

그림 36 온도와 분사압에 따른 어퍼춰 크기와 앵글의 변화. 목표값은

크기 56 um 앵글 46° 이다.

- 65 -

그림 37 온도와 분사압에 따른 어퍼춰 크기불균일도와 앵글불균일도의

변화. 크기 불균일도 목표값은 2 um이내 앵글은 2° 이하 이다.

에천트 온도와 분사압 두 가지의 실험조건을 최적화 하기위해 온도는 25, 35, 45

℃에서 분사압은 1, 2, 3 kgF/cm2에서 완전계획실험법을 이용하여 실험하였다. 실

험결과가 표-16에 정리되어있다. 온도와 분사압에 대한 상호효과도가 그림-36과

그림-37에 나타나 있다. 위 결과로부터 최적의 실험조건은 35°C와 3 kgF/cm2로

나타났다.

- 66 -

제 2 절 기술지원 성과

1. 대면적 증착용 메탈마스크 평가 기술지원

마스크의 품질은 모든 어퍼춰에 대해서 크기와 앵글 값을 구한다음 그 값들에 대한

분포를 통계적인 기법으로 분석하면 나올 수 있다. 그러나 2세대급은 약 72개의 셀

이 있고, 4세대급에는 약 288개의 셀이 있으며, 각각의 셀 내에는 약 76,800개의

어퍼춰가 있다. 따라서 2세대급 메탈 마스크에 있는 총 어퍼춰의 수는 약

5,529,600개이고 4세대급 마스크에는 22,118,400개의 어퍼춰가 있다. 이들을 전부

다 검사하기에는 비용과 시간이 많이 들고 현실적으로 시간상 불가능 하므로, 상대

적으로 적은 량의 샘플만 검사하여 전체 모집단에 대한 결론을 얻고자 하였다. 표

본추출 방법에는 랜덤샘플링, 층화 랜덤샘플링, 계통적 샘플링, 서브그룹 샘플링, ..

등등의 방법이 있다. 본 기술 지원에서는 서브그룹 샘플링 방법을 따라 표본을 추

출하였다. 마스크를 여러 지역으로 균등하게 나누고 각 지역에서 랜덤하게 표본을

추출하여 어퍼춰 크기와 앵글을 측정하여 각 지역의 마스크 특성을 평가한 다음 그

값들의 평균값들의 분석하여 균일도를 평가 하였다.

본 기술지원 사업의 결과에 의하면 어퍼춰의 정확도와 균일도 평가를 위해서 약 40

개 이상의 어퍼춰만 측정을 해도 백만 개 이상의 어퍼춰 모두를 평가 한 것과 통일

한 평가결과를 준다는 것을 알 수 있다. 본 기술지원 사업에서는 대면적 마스크에

존재하는 수십만에서 수백만 개의 마이크론 크기의 에칭 홀들에 대해 체계적이고

통계적인 샘플링 방법을 확립하고 검사 결과에 대한 표준화된 해석 시스템 구축을

지원하여 마스크의 평가 시간을 대폭 감소시켰을 뿐만 아니라 최종 공급하는 마스

크의 품질에 대한 신뢰성을 높인다.

2. 대면적 증착용 메탈마스크 균일에칭 시스템 최적화 기술지원

본 기술지원의 목표는 에천트 분사시스템과 에칭조건을 최적화 하여 4세대급

(730x920 mm) 증착용 극 박판 (두께가 50μm이고 니켈 36% 철 64%인 인바합금)

을 균일하고 일정하게 에칭하여 불량률이 적고 양질의 메탈마스크를 생산 할 수 있

도록 하는 것이다. 대면적 증착용 극 박판 (두께 50 μm) 메탈마스크를 균일하게 에

칭하기 위해서는 기판위에 에천트의 농도를 균일하게 유지시켜야 한다. 이를 위해

메탈 박막기판을 수직으로 세워놓고 수 백 개의 스프레이 노즐이 장착된 분사 장치

를 이용하여 에천트를 분사하여 에칭을 한다. 대면적 균일에칭에서 중요한 부분은

크게 두 가지로 나눌 수 있다.

ㄱ) 에천트 분사시스템 최적화 : 분사시스템을 구성하는데 중요한 요소들은 노즐간

의 간격 및 배치 모양, 노즐과 기판과의 거리 및 각도, 노즐의 수평 이동의 거리와

속도 그리고 회동 각도와 속도가 중요한 변수가 된다.

ㄴ) 에칭조건 최적화 : 균일한 에칭을 위해서는 분사장치의 구성 및 운용 방법뿐만

아니라 에칭속도를 조절하는 것이 매우 중요하다.

- 67 -

에칭속도를 결정하는 중요한 인자는 에천트의 농도와 온도 그리고 분사압력, 에천

트에 첨가는 첨가제의 종류와 양 등이다.

분사장치와 에칭조건에서 열거된 이러한 수많은 변수들을 최적화하기 위해서는 수

십 번의 분사장치 제작과 수백 번 이상의 대면적 기판 에칭과 평가를 반복해야 되

는데 이에 소요되는 시간과 비용을 중소기업에서 투자하기는 어렵다.

본 기술지원 사업에서는 스프레이 수직에칭 분사시스템을 설계하는데 있어서 전산

모사기술을 도입하여 최적의 설계요소를 도출하여 제작 시 소요되는 시간과 비용을

대폭 감소시켰다. 전산모사결과를 바탕으로 제작된 스프레이 수직에칭 분사시스템

은 유리기판과 메탈마스크 에칭을 통하여 추가로 최적화 되었고, 마지막으로 4세대

급이상 증착용 메탈마스크 제작을 위해 에칭조건을 최적화 하였다.

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제 4 장 목표 달성도 및 관련분야에의 기여도

제 1 절 목표달성도

1. 기술지원 목표 및 달성도

본 기술지원의 목표는 에천트 분사시스템과 에칭조건을 최적화 하여 4세대급

(730x920 mm) 증착용 극 박판 (두께가 50 μm이고 니켈 36% 철 64%인 인바합

금)을 균일하고 일정하게 에칭하여 불량률이 적고 양질의 메탈마스크를 생산 할 수

있도록 하는 것이다. 또한 대면적 마스크에 대해 체계적이고 통계적인 샘플링 방법

을 확립하고 검사 결과에 대한 표준화된 해석 시스템 구축을 지원하여 최종 공급하

는 마스크의 품질에 대한 신뢰성을 높인다.

표 17. 기술지원 목표, 내용 범위 및 목표 달성정도

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본 기술지원 사업에서 RIST는 6시그마 기법과 미니탭을 이용하여 대면적 균일에칭

평가기술을 확립하고, (주)이코니에 체계적으로 기술을 지원해주었다. 스프레이 수

직에칭 분사시스템을 설계하는데 있어서 전산모사기술을 도입하여 최적의 설계요소

를 도출하여 제작 시 소요되는 시간과 비용을 대폭 감소시켰다. 전산모사결과를 바

탕으로 제작된 스프레이 수직에칭 분사시스템은 유리기판과 메탈마스크 에칭을 통

하여 추가로 최적화 되었다. 마지막으로 4세대급이상 증착용 메탈마스크 제작을 위

해 에칭조건을 최적화 하였다. 기술지원의 목표. 내용 및 달성도가 표 에 정리되어

있다.

2. 정량적 목표 및 달성도

표-18. 본과제의 정량적 목표와 기술지원 과제 수행 후 현재의 성과

제 2 절 기여도

본 기술지원 사업에서 RIST는 6시그마 기법과 미니탭을 이용하여 대면적 균일에칭

평가기술을 확립하고, (주)이코니에 체계적으로 기술을 지원해주었다. (주) 이코니에

지원된 6시그마기법과 미니탭을 활용한 균일에칭 평가기술은 에칭분야 뿐만 아니라

일반 제조공장에서 품질관리 및 평가 분야에도 폭넓게 활용될 수 있는 범용의 기술

로서 중소기업에 매우 유용하리라 기대한다.

또한 대면적 균일에칭기술은 4세대급 이상의 증착용 메탈마스크 제조분야 뿐만 아

니라 에칭의 전반적인 산업에 파급효과를 줄 수 있고, 특히 TFT-LCD 패널의 슬림

화 분야에 큰 영향을 주리라 기대한다.

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제 5 장 기술지원 활용계획

본 기술지원사업에서 대면적 균일에칭 시스템을 최적화 하고 인바합금의 에칭조건

을 확립하였다.

이러한 대면적 균일에칭 기술을 이용하여 4세대급 증착용 메탈마스크 시장과 5세대

급 TFT-LCD 초 박판 패널시장에 에 진출하고자한다.

제 1 절 OLED 증착용 메탈마스크 분야

OLED 양산업체의 생산라인의 을 보면 현재 2세대급 증착마스크를 이용하여 OLED

를 생산하고 있으나, 향후 1~2년 내에 모두 4세대급 증착마스크를 채택하리라 예

상된다. 4세대 양산라인으로 전환이 가능한 업체는 삼성SDI이고, LPL (LG Philips

LCD)이 검토 중에 있으며, 삼성전자가 5세대급 증착 마스크로 TV 생산을 검토 중

에 있다. 국내는 1개사가 4세대 2분할 방식의 양산라인 구축을 목표로 사업을 진행

하고 있으며, 2개사는 4세대급 라인을 검토 단계에 있으므로 시장은 크지 않으며

OLED가 성장할 경우 성장 가능성 있다. 국외는 대만의 1개 업체 정도가 4세대 분

할 방식으로 R&D를 진행하고 있으며, 총 2~3개 업체가 검토 단계에 있음 그러나

삼성SDI가 양산에 성공한다면 LCD를 양산하고 있는 업체는 모두 OLED에 진입할

가능성 있어 시장 성장 가능성 있다.

현재 (주)이코니는 2세대급 증착용 메탈 마스크를 주문생산 및 판매하고 있고 4세

대급은 LPL과 사업화 방안을 협의 중에 있다.

제 2 절 TFT-LED 패널 슬림화 분야

휴대폰, 노트북 등 Mobile 제품의 수요 증가 및 경박화 모델 확대 전개에 따라, 생

산성 향상을 위해 Mobile 제품군의 생산 Line이 점차 대면적으로 이동하고 있고,

더욱 얇고 더욱 가벼운 panel 요구에 대한 대응으로 TFT-LCD 대면적 유리의 에칭

식각 기술 개발이 요구고 있다. C/F, TFT기판이 합착된 5.5세대(1320x1500) 대면

적의 TFT-LCD 기판 유리 에칭 식각을 위해, 대면적 에칭에 유리한 스프레이 수직

에칭 기술이 적합하다고 판단되고, 본 기술지원 사업의 결과인 에칭기술을 이용하

여 TFT-LCD 패널의 슬림화 사업 분야에 진출하고자 한다.

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(주) 이코니는 본 기술지원사업의 결과인 대면적 균일에칭기술을 이용하여

TFT-LCD 패널을 슬림화 하는데 성공하였고, 현재 LPL에 TFT-LCD 패널을 슬림화

하여 납품하고 있다.

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