KR100494683B1 - 4-마스크를 이용한 박막 트랜지스터 액정표시장치의제조시에 사용하는 할프톤 노광 공정용 포토 마스크 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 4-마스크 공정을 이용한 박막트랜지스터 액정표시장치의 제조시에 사용하는 할프 톤(Half Tone) 노광 공정용 포토 마스크를 개시한다. 개시된 본 발명의 할프 톤 노광 공정용 포토 마스크는, 투광성 기판과 상기 투광성 기판 상에 형성된 차광막 패턴으로 구성되며, 상기 차광막 패턴은, 소오스 및 드레인 형성 영역을 가리도록 이격되어 배치된 박스(Box) 타입의 한 쌍의 제1차광막 패턴과, 상기 제1차광막 패턴들 사이에 배치된 바(Bar) 타입의 한 쌍의 제2차광막 패턴, 및 상기 채널부 끝단에서의 광투과영역과 광차단영역간 경계가 명확해지도록 상기 제1차광막 패턴의 상하부 각각에 배치된 바(Bar) 타입의 제3차광막 패턴을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

4-마스크를 이용한 박막 트랜지스터 액정표시장치의 제조시에 사용하는 할프 톤 노광 공정용 포토 마스크{PHOTO MASK FOR HALF TONE EXPOSURE PROCESS EMPLOYING IN TFT-LCD MANUFACTURE PROCESS USING 4-MASK}
본 발명은 박막 트랜지스터 액정표시장치의 제조방법에 관한 것으로, 특히, 4-마스크 공정을 이용한 박막 트랜지스터 액정표시장치의 제조시에 사용되는 할프 톤(Half Tone) 노광 공정용 포토 마스크에 관한 것이다.
박막 트랜지스터 액정표시장치(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display : 이하, TFT-LCD)는 경량, 박형 및 저소비 전력 등의 특성을 갖기 때문에, CRT(Cathode-ray tube)를 대신하여 각종 정보 기기의 단말기 또는 비디오 기기 등에 사용되고 있다. 이러한 TFT-LCD는 TFT 및 화소전극이 구비된 TFT 어레이 기판과, 컬러필터 및 상대전극이 구비된 컬러필터 기판, 및 상기 기판들 사이에 개재되는 액정층을 포함하여 이루어진다.
한편, 상기와 같은 TFT-LCD를 제조함에 있어서, 그 제조 공정 수, 특히, TFT 어레이 기판의 제조 공정수를 감소시키는 것은 매우 중요하다. 왜냐하면, 제조 공정 수를 줄일수록, TFT-LCD의 제조 비용 및 시간을 감소시킬 수 있고, 그래서, 더 저렴한 값에 보다 많은 양의 TFT-LCD를 보급할 수 있기 때문이다.
여기서, 상기한 제조 공정수의 감소는, 통상, 마스크 수의 감소에 의해 실현되며, 최근의 TFT-LCD는 5∼7 마스크를 통해 제조되고 있고, 더 나아가, 4-마스크를 이용한 TFT 어레이 기판의 제조방법도 수행되고 있다.
도 1a 내지 도 1d는 종래의 4-마스크를 이용한 TFT 어레이 기판의 제조방법을 설명하기 위한 각 공정별 단면도이다. 여기서, 각 도면은 화소부 및 패드부는 제외하고, TFT부에 대해서만 도시하였다.
먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 유리기판(1) 상에 제1마스크 공정을 통해 게이트 전극(2)을 포함한 게이트 라인(도시안됨)를 형성하고, 상기 결과물 상에 게이트 절연막(3), 도핑되지 않은 비정질실리콘막(4 : 이하, a-Si막), 도핑된 비정질실리콘막(5 : 이하, n+ a-Si막), 소오스/드레인용 금속막(6), 및 감광막(7)을 차례로 형성한다.
그 다음, 도 1b에 도시된 바와 같이, 제2마스크 공정을 진행하되, 할프 톤 노광 공정용 포토 마스크(20)를 사용하여 상기 감광막을 노광하고, 그런다음, 노광된 감광막에 대한 현상 공정을 수행하여 감광막 패턴(7a)을 형성한다. 이때, 상기 감광막 패턴(7a)은 감광막에 대한 노광이 할프 톤 노광이 수행된 것에 기인하여, 도시된 바와 같이, 그 중앙부의 두께가 가장자리부의 두께 보다 얇게 된다.
여기서, 상기 할프 톤 노광은, 차광막의 유뮤에 따라 광을 투과 또는 차단하도록 설계된 통상의 포토 마스크 대신에, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 투광성 기판(11)에 차광막 패턴(12)을 형성하여 광 투과 영역(A) 및 차광 영역(B)을 설계하고, 아울러, 추가 차광막 패턴(13)을 형성하여 상기 투과 영역(A) 및 차광 영역(B) 이외에 중간 정도의 강도로 광을 투과시킬 수 있는 반투과 영역(C)을 설계한 포토 마스크(20)를 사용하여 노광하는 방식이다.
한편, 상기 감광막 패턴(7a)은 TFT의 채널부를 포함한 소오스/드레인 영역을 가리도록 형성됨과 동시에, 도시되지는 않았으나, 데이터 라인 형성 영역을 함께 가리도록 형성된다.
다음으로, 도 1c에 도시된 바와 같이, 상기 감광막 패턴(7a)을 마스크로 하여 노출된 소오스/드레인용 금속막(6)과 n+ a-Si막(5) 및 a-Si막(4)을 1차로 식각해서 액티브 라인을 포함한 데이터 라인(도시안됨)을 형성한다. 이어서, 공지의 에이슁(ashing) 공정을 통해 채널부 상의 감광막 패턴 부분을 제거한 다음, 도 1d에 도시된 바와 같이, 노출된 채널부 상의 소오스/드레인용 금속막 부분과 n+ a-Si막 부분을 2차로 식각하여 소오스/드레인(6a, 6b)을 형성한다.
삭제
다음으로, 도 1e에 도시된 바와 같이, 노출된 채널부 상의 n+ a-Si막 부분을 식각하여 오믹콘택층(5a)을 형성함과 아울러 채널층(4a)을 형성하고, 그런다음, 감광막 패턴을 제거하여 TFT(10)를 형성한다.
이후, 도시하지는 않았으나, 기판 결과물 상에 보호막을 형성한 후, 제3마스크 공정을 통해 상기 보호막 내에 TFT(10)의 소오스(6a)를 노출시키는 콘택홀을 형성하고, 이어서, 제4마스크 공정을 통해 상기 보호막 상에 콘택홀을 통해 소오스(6a)와 콘택되는 화소전극을 형성하여 TFT 어레이 기판의 제조를 완성한다.
그러나, 할프 톤 노광을 이용하는 종래의 4-마스크를 이용한 TFT 어레이 기판의 제조방법은, 할프 톤 노광이 수행되는 동안, TFT 채널부의 끝단에서 광 투과영역과 차단영역간의 구분 또는 경계가 명확하지 않은 것에 기인하여, 도 3에 도시된 바와 같이, 채널부(4a)의 끝단에서 굴곡이 발생되고, 이로 인하여, 채널(4a) 끝단부에서의 온-전류의 패스(path) 굴곡이 일어남으로써, 결국, TFT-LCD의 화질 저하가 야기되는 문제점이 있다. 도 3에서, 도면부호 2는 게이트 전극, 4a는 채널부, 6a 및 6b는 소오스/드레인을 각각 나타낸다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, TFT 채널부의 끝단에서 광 투과영역과 차단영역간의 구분 또는 경계가 명확하게 되도록 별도의 차단막 패턴을 구비시킴으로써, 상기 채널부의 끝단에서 굴곡이 발생되는 것을 방지할 수 있는 할프 톤 노광 공정용 포토 마스크를 제공하는데, 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 할프 톤 노광 공정용 포토마스크는, 4-마스크를 이용한 TFT-LCD의 제조시에 사용하는 할프 톤 노광 공정용 포토 마스크로서, 투광성 기판과 상기 투광성 기판 상에 형성된 차광막 패턴으로 구성되며, 상기 차광막 패턴은, 소오스 및 드레인 형성 영역을 가리도록 이격되어 배치된 박스(Box) 타입의 한 쌍의 제1차광막 패턴과, 상기 제1차광막 패턴들 사이에 배치된 바(Bar) 타입의 한 쌍의 제2차광막 패턴, 및 상기 채널부 끝단에서의 광투과영역과 광차단영역간 경계가 명확해지도록 상기 제1차광막 패턴의 상하부 각각에 배치된 바(Bar) 타입의 제3차광막 패턴을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, TFT 채널부의 끝단에 광 투과영역과 차단영역간의 구분 또는 경계가 명확하게 되도록 별도의 차단막 패턴을 구비시키기 때문에, 상기 채널부의 끝단에서 굴곡이 발생되는 것을 방지할 수 있으며, 그래서, TFT-LCD의 화질 저하를 방지할 수 있다.
(실시예)
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 할프 톤 노광 공정용 포토 마스크를 도시한 평면도로서, 이를 설명하면 다음과 같다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 포토 마스크(50)는 크게 투광성 기판(30)과 상기 투광성 기판(30) 상에 형성된 차광막 패턴(40)으로 구성되며, 상기 차광막 패턴(40)은 소오스 및 드레인 형성 영역을 가리도록 이격되어 배치된 박스(Box) 타입의 한 쌍의 제1차광막 패턴들(31)과, 상기 제1차광막 패턴들(31) 사이에 배치된 바(Bar) 타입의 한 쌍의 제2차광막 패턴들(32), 및, 채널부 끝단에서의 광 투과영역과 차단영역간의 경계가 이루어지도록 상기 제1차광막 패턴(31)의 상·하부에 각각 배치된 바 타입의 제3차광막 패턴들(33)을 포함한다.
여기서, 상기 제3차광막 패턴(33)은 대략 1㎛ 미만의 폭을 갖도록 형성되며, 아울러, 그의 양측 끝단이 인접하는 제1차광막 패턴들(31)의 측면과 각각 연결되면서 상기 제2차광막 패턴(32)의 끝단과는 연결되지 않은 구조를 갖도록 형성된다.
상기와 같은 본 발명에 따른 포토 마스크에 있어서, 차광막 패턴(40)은 기본적으로 광 차단영역(B)으로서 기능하며, 특히, 상기 제2차광막 패턴들(32)을 포함한 제1차광막 패턴들(31) 사이 영역은 반투과영역(C)으로서 기능한다. 또한, 상기 차광막 패턴(40)이 형성되지 않은 투광성 기판(30) 부분은 광 투광영역(A)으로서 기능한다.
도 5는 상기한 포토 마스크를 이용한 4-마스크 공정을 통해 형성된 TFT의 채널부를 도시한 평면도로서, 도시된 바와 같이, 상기 TFT의 채널부(4b)는 상기 채널부(4b)의 끝단에서 광 투과영역과 차단영역간의 경계가 이루어지도록 포토 마스크 내에 제3차광막 패턴을 설계한 것에 기인하여, 그 끝단에서 굴곡이 발생되지 않는다.
따라서, 채널부(4b) 끝단에서의 온-전류의 패스 굴곡이 초래되지 않으며, 아울러, 안정적인 채널 폭이 확보되기 때문에, 온-전류의 특성을 안정화시킬 수 있으며, 결과적으로, TFT-LCD의 화질 저하를 방지할 수 있다.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 할프 톤 노광 공정용 포토 마스크들을 도시한 평면도들로서, 여기서, 상기 도면들은 투광성 기판과 도면부호는 생략하고, 단지, 차광막 패턴만을 도시한 평면도이다.
도 6a는 제3차광막 패턴이 단지 채널부 끝단에서 광 투과영역과 차단영역을 경계하도록 형성될 뿐, 제1 및 제2차광막 패턴들과 연결되지 않은 구조로 형성된 경우를 도시한 평면도이다.
도 6b는 제3차광막 패턴이 채널부 끝단에서 광 투과영역과 차단영역을 경계하도록 형성될 뿐만 아니라, 제1 및 제2차광막 패턴들과 연결되도록 형성된 경우를 도시한 평면도이다.
도 6c는 제3차광막 패턴이 제1차광막 패턴과는 연결되지만, 제2차광막 패턴과 연결됨이 없이 분리된 구조로 형성된 경우를 도시한 평면도이다.
도 6d는 제3차광막 패턴이 제1차광막 패턴의 측면과 제2차광막 패턴의 끝단을 연결시키는 구조로 형성된 경우를 도시한 평면도이다.
도 6e는 도 6d와 유사한 구조로서 제3차광막 패턴이 제2차광막 패턴의 끝단과는 연결되지만, 제1차광막 패턴과는 연결되지 않은 구조로 형성된 경우를 도시한 평면도이다.
도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 할프 톤 노광 공정용 포토 마스크들을 도시한 평면도들이다.
여기서, 상기 도 7a 내지 도 7e에 도시된 차광막 패턴들은 각각 도 6a 내지 도 6e에 도시된 차광막 패턴들에 대응하는 것들로서, 단지, 제2차광막 패턴이 일체형의 바 타입이 아닌, 도트형 패턴들이 바 타입으로 배치된 구조로 형성된 경우를 도시한 평면도들이다.
이상에서와 같이, 본 발명은 종래와 동일한 구조로 포토 마스크를 제작하되, 단지, TFT 채널부의 끝단 부분에서 광 투과영역과 차단영역간의 경계가 이루어지도록 바 타입의 차광막 패턴을 추가로 더 설계함으로써, 안정적인 채널 폭을 확보할 수 있다.
따라서, 온-전류 특성의 안정화를 확보할 수 있는 바, TFT-LCD의 화질을 향상시킬 수 있다.
기타, 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
도 1a 내지 도 1e는 종래 기술에 따른 4-마스크를 이용한 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
도 2a 및 도 2b는 종래의 할프 톤 노광 공정용 포토 마스크를 도시한 평면도 및 단면도.
도 3은 종래의 할프 톤 노광 공정용 포토 마스크를 이용한 4-마스크 공정에서의 문제점을 설명하기 위한 요부 평면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 할프 톤 노광 공정용 포토 마스크를 도시한 평면도.
도 5는 본 발명의 할프 톤 노광 공정용 포토 마스크를 이용한 4-마스크 공정을 통해 형성된 박막 트랜지스터의 채널부를 보여주는 평면도.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 할프 톤 노광 공정용 포토 마스크들을 도시한 평면도.
도 7a 내지 7e는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 할프 톤 노광 공정용 포토 마스크들을 도시한 평면도.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
30 : 투광성 기판 31 : 제1차광막 패턴
32 : 제2차광막 패턴 33 : 제3차광막 패턴
40 : 차광막 패턴 50 : 포토 마스크

Claims (12)

  1. 4-마스크 공정을 이용한 박막트랜지스터 액정표시장치의 제조시에 사용하는 할프 톤 노광 공정용 포토 마스크로서,
    투광성 기판과 상기 투광성 기판 상에 형성된 차광막 패턴으로 구성되며,
    상기 차광막 패턴은, 소오스 및 드레인 형성 영역을 가리도록 이격되어 배치된 박스(Box) 타입의 한 쌍의 제1차광막 패턴과, 상기 제1차광막 패턴들 사이에 배치된 바(Bar) 타입의 한 쌍의 제2차광막 패턴, 및 상기 채널부 끝단에서의 광투과영역과 광차단영역간 경계가 명확해지도록 상기 제1차광막 패턴의 상하부 각각에 배치된 바(Bar) 타입의 제3차광막 패턴을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 할프 톤 노광 공정용 포토 마스크.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제2차광막 패턴은 도트형 패턴이 바 타입으로 배치된 것을 특징으로 하는 할프 톤 노광 공정용 포토 마스크.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제3차광막 패턴은 그의 양측 끝단이 인접하는 제1차광막 패턴들의 측면과 각각 연결되면서 상기 제2차광막 패턴의 끝단과는 연결되지 않은 것을 특징으로 하는 할프 톤 노광 공정용 포토 마스크.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제2차광막 패턴은 도트형 패턴이 바 타입으로 배치된 것을 특징으로 하는 할프 톤 노광 공정용 포토 마스크.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제3차광막 패턴은 그의 양측 끝단이 인접하는 제1차광막 패턴들의 측면과 각각 연결되면서 상기 제2차광막 패턴의 끝단과도 연결된 것을 특징으로 하는 할프 톤 노광 공정용 포토 마스크.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제2차광막 패턴은 도트형 패턴이 바 타입으로 배치된 것을 특징으로 하는 할프 톤 노광 공정용 포토마스크.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 제3차광막 패턴은 그의 양측 끝단이 인접하는 제1차광막 패턴들의 측면과 각각 연결되면서, 상기 제2차광막 패턴의 끝단과는 연결되지 않고, 그리고, 분리된 것을 특징으로 하는 할프 톤 노광 공정용 포토 마스크.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제2차광막 패턴은 도트형 패턴이 바 타입으로 배치된 구조인 것을 특징으로 하는 할프 톤 노광 공정용 포토 마스크.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 제3차광막 패턴은 분리된 단부가 상기 제2차광막 패턴의 끝단과 연결된 구조인 것을 특징으로 하는 할프 톤 노광 공정용 포토 마스크.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제2차광막 패턴은 도트형 패턴이 바 타입으로 배치된 구조인 것을 특징으로 하는 할프 톤 노광 공정용 포토 마스크.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 제3차광막 패턴은, 상기 제2차광막 패턴의 끝단과 연결되면서, 상기 제1차광막 패턴과는 연결되지 않은 것을 특징으로 하는 할프 톤 노광 공정용 포토 마스크.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 제2차광막 패턴은 도트형 패턴이 바 타입으로 배치된 구조인 것을 특징으로 하는 할프 톤 노광 공정용 포토 마스크.
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