KR100565488B1 - 평면 마스크 제조방법 및 이를 이용한 평판 디스플레이패널용 기판의 미세패턴 형성방법 - Google Patents

평면 마스크 제조방법 및 이를 이용한 평판 디스플레이패널용 기판의 미세패턴 형성방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 평면 마스크 제조방법 및 이를 이용한 평판 디스플레이 패널용 기판의 미세패턴 형성방법에 관한 것으로서, 특히 X-ray 노광을 이용하여 평면 마스크를 평판 디스플레이 패널의 기판에 직접 형성시킴으로 평판 디스플레이 패널용 기판에 미세패턴의 가공정밀도를 높일 수 있도록 하는 이점이 있다.
평판 디스플레이 패널, 액정표시장치, 기판, 마스크, X-ray, 노광, 미세패턴, 격벽, 레지스트, 양극 레지스트, 음극 레지스트, 감도

Description

평면 마스크 제조방법 및 이를 이용한 평판 디스플레이 패널용 기판의 미세패턴 형성방법 {flat mask manufacturing method and the use of it's micro patterning mathod fot a flat display panel}
도 1은 일반적인 X-ray 노광용 마스크가 도시된 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 평판 디스플레이 패널용 기판의 미세패턴 형성방법이 도시된 순서도,
도 3은 본 발명에 따른 X-ray 노광용 마스크 제조방법이 도시된 공정도,
도 4는 본 발명에 따른 평면 마스크 제조방법이 도시된 공정도,
도 5는 본 발명에 따른 평판 디스플레이 패널용 기판의 미세패턴 형성방법이 도시된 공정도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
10 : X-ray 노광용 마스크 22 : 기판
24 : 제1포토 레지스트 25 : 평면 마스크
26 : 제2포토 레지스트 28 : 흡수체
L : 시드 레이어
본 발명은 평면 마스크 제조방법 및 이를 이용한 평판 디스플레이 패널용 기판의 미세패턴 형성방법에 관한 것으로서, 특히 X-ray 노광을 이용하여 평면 마스크를 평판 디스플레이 패널의 기판에 직접 형성시키도록 하여 평판 디스플레이 패널의 기판의 가공 정밀도를 높일 수 있는 평면 마스크 제조방법 및 이를 이용한 평판 디스플레이 패널용 기판의 미세패턴 형성방법에 관한 것이다.
최근 화상 표시장치는 대면적화 고선명화되고 있으며, 액정표시장치(Liquid crystal display : LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma display panel : PDP) 등과 같은 다양한 평판 디스플레이 장치(Flat panel device : FPD)에 대한 수요가 급증하고 있다.
상기와 같이 평판 디스플레이 패널은 기판에 패턴을 형성시키기 위하여 감광막 도포, 노광, 현상, 화학적 식각 등의 여러 공정을 걸쳐 작업하게 됨으로 양산성 및 수율이 떨어지게 된다.
따라서, 최근에는 평판 디스플레이 패널이 대면적화 및 고선명화되는 추세로 보다 정밀한 가공이 요구됨에 따라 반도체 제작 공정을 이용하게 되는데, 그 중에서도 미세 구조물을 제작하는데 LIGA(Lithographie, Galvanoformung, Abformung) 공정이 많이 적용되고 있다.
여기서, LIGA 는 수 Å 정도의 짧은 파장을 갖는 고 에너지의 X-ray를 이용하여 초소형, 초정밀 금형 및 3차원 구조물을 일괄 가공하는 기술로써, X-ray를 이용하여 레지스트 틀을 형성하는 X-ray 사진식각공정과, 레지스트 틀에 금속을 도금하여 채워 넣는 전주도금공정과, 금형을 이용하여 플라스틱 제품을 제작하는 사출성형공정으로 이루어진다.
이때, LIGA 기술에서 가장 중요한 부분이 기판에 정밀한 패턴을 형성하기 위하여 X-ray 노광시 이용되는 X-ray 노광용 마스크를 제작하는 기술인데, 이러한 마스크는 도 1에 도시된 바와 같이 X-ray를 투과시키도록 SiN, Ti, Carbon, BN 등의 재질로 가공된 얇은 막 형태의 멤브레인(Membrane : 2)과, 상기 멤브레인(2)의 하단 양측을 지지해주도록 하면 중앙에 윈도우(window : w)가 형성된 서포터(4)와, 상기 멤브레인(4) 상면 중앙에 부착되어 X-ray를 흡수하는 흡수체(6)로 이루어진다.
그런데, 상기와 같은 종래 기술에 따른 마스크는 상기 멤브레인(2)이 반도체 박막 증착공정에 의해 형성됨으로 두께가 보통 수 ㎛ 에 불과한 반면, 상기 흡수체(6)는 그 두께가 수십 ㎛ 가 되기 때문에 상기 서포터(4)에 윈도우(w)가 크게 형성되는 경우 상기 흡수체(6)의 스트레스 및 무게 등에 의해 상기 멤브레인(2)이 휘거나, 처지게 된다.
따라서, 이러한 마스크를 이용하여 X-ray 노광공정이 진행되면, 상기 마스크는 X-ray를 회절 또는 산란시킬 뿐 아니라 상기 기판에 밀착되거나 일정 간격을 유지하도록 설치되기 어렵기 때문에 상기 기판에 정확한 크기와 형태의 패턴을 형성 하기 어렵고, 대면적의 기판에 패턴을 형성하는데 적용이 불가능한 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 기판에 마스크를 일체로 형성하여 기판에 보다 정밀한 패턴을 형성시킬 수 있는 평면 마스크의 제조방법 및 이를 이용한 평판 디스플레이 패널용 기판의 미세패턴 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 평면 마스크의 제조방법은 기판에 제1포토 레지스트 및 제2포토 레지스트가 순차적으로 적층되는 제1단계와, 상기 제1단계에서 적층된 제2포토 레지스트가 X-ray 노광용 마스크에 의해 부분적으로 X-ray 노광되는 제2단계와, 상기 제2단계에서 노광된 제2포토 레지스트가 현상되어 격벽이 형성되는 제3단계와, 상기 제3단계에서 형성된 격벽 사이에 X-ray를 흡수하는 흡수체가 채워지는 제4단계로 구성된다.
또한, 본 발명에 따른 평판 디스플레이 패널용 기판의 미세패턴 형성방법은 기판에 제1포토 레지스트 및 제2포토 레지스트가 순차적으로 적층되는 제1단계와, 상기 제1단계에서 적층된 제2포토 레지스트가 X-ray 노광용 마스크에 의해 부분적으로 X-ray 노광되는 제2단계와, 상기 제2단계에서 노광된 제2포토 레지스트가 현상되어 격벽이 형성되는 제3단계와, 상기 제3단계에서 형성된 격벽 사이에 X-ray를 흡수하는 흡수체가 채워진 후, X-ray 노광되어 상기 제1포토 레지스트가 부분적으로 노광되는 제4단계와, 상기 제4단계에서 제1포토 레지스트 노광 후 상기 격벽과 흡수체가 제거되는 제5단계와, 상기 제5단계에서 제2포토 레지스트 제거 후 상기 제1포토 레지스트가 현상되어 패턴이 형성되는 제6단계로 구성된다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 평판 디스플레이 패널용 기판의 미세패턴 형성방법이 도시된 순서도이고, 도 3은 본 발명에 따른 X-ray 노광용 마스크 제조방법이 도시된 공정도이며, 도 4는 본 발명에 따른 평면 마스크 제조방법 및 평판 디스플레이 패널용 기판의 미세패턴 형성방법이 도시된 공정도이다.
상기 본 발명에 따른 평판 디스플레이 패널용 기판의 미세패턴 형성방법은 주로 액정표시장치(LCD)에서 액정이 주입된 패널의 후면에 배치되어 주위광 또는 형광을 패널 측으로 입사시키는 도광판 제작시 주로 사용되는데, 이러한 도광판은 주위광 또는 형광을 균일한 평면광을 만들기 위하여 표면에 미세패턴이 형성되고, 이러한 미세한 패턴은 본 발명의 평판 디스플레이 패널용 기판의 미세패턴 형성방법에 따라 형성된다.
여기서, 본 발명에 따른 평판 디스플레이 패널용 기판의 미세패턴 형성방법을 도 2를 참고로 하여 살펴보면, 먼저 X-ray 노광용 마스크가 제작된다.(S1 참조)
여기서, 상기 X-ray 노광용 마스크는 보통 실리콘 기판의 윈도우 영역에 SiN 막의 멤브레인과 X-ray 흡수체가 형성된 것이다.
다음, 기판에 서로 다른 극성의 포토 레지스트(Photo resist)가 도포된다.(S2 참조)
보통, 포토 레지스트는 크게 포지티브 포토 레지스트(Positive photo resist : 이하 포지티브 PR)와 네거티브 포토 레지스트(Negative photo resist : 이하 네거티브 PR)로 구분되는데, 상기 포지티브 PR은 노광 및 현상 공정을 거치면 노광된 부분이 없어지는 반면, 상기 네거티브 PR은 노광 및 현상 공정을 거치면 노광되지 않은 부분이 없어진다.
물론, 상기 기판에는 포지티브 PR과 네거티브 PR이 순차적으로 도포된다.
다음, 상기와 같이 서로 다른 극성의 포토 레지스트가 도시된 기판과 X-ray 노광용 마스크를 이용하여 평면 마스크가 제작된다.(S3 참조)
여기서, 상기 기판은 상기 X-ray 노광용 마스크에 의해 X-ray 노광 및 현상되어 상기 네거티브 PR에 일정한 격벽이 형성되고, 이러한 격벽 사이에 X-ray를 흡수하는 흡수체가 도포된다.
이때, 상기 평면 마스크는 상기 격벽 및 흡수체로 이루어지며, 상기 평면 마스크는 상기 포지티브 PR이 도포된 기판의 상면에 일체로 형성된다.
다음, 상기와 같이 제작된 평면 마스크를 이용하여 기판에 미세패턴이 형성된다.(S4 참조)
여기서, 상기 기판과 포지티브 PR은 상면에 일체로 형성된 평면 마스크를 통하여 X-ray 노광되고, 상기 평면 마스크를 떼어낸 후 상기 기판을 현상하면, 상기 기판의 상면에는 정밀한 형상 및 크기의 패턴이 형성된다.
상기와 같이 평판 디스플레이 패널용 기판에 미세한 패턴을 형성하기 위하여 먼저 X-ray 노광용 마스크가 제작되고, 상기 X-ray 노광용 마스크에 의해 상기 평면 마스크를 제작되며, 상기 평면 마스크에 의해 상기 기판에 미세패턴을 형성하게 되는데, 이와 같은 제작공정을 좀더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 상기 X-ray 노광용 마스크의 제조방법을 도 3을 참고로 하여 살펴보면, (a)에 도시된 바와 같이 실리콘 재질의 플레이트(12) 상,하면에 각각 SiN 재질의 얇은 막 형태의 멤브레인(14a,14b)이 증착된다.
다음, (b)에 도시된 바와 같이 상기 플레이트의 상측 멤브레인(14a)에 시드 레이어(Seed layer : L) 및 포토 레지스트(16a)가 도포되고, 상기 포토 레지스트(16a)에 자외선이 조사된 다음 현상되는 UV 사진식각공정을 거지면서 상기 포토 레지스트(16a)에 부분적으로 패턴이 형성된다.
다음, (c)에 도시된 바와 같이 상기 포토 레지스트(16a)에 패턴이 형성됨에 따라 상기 포토 레지스트(16a) 중 시드 레이어(L)가 드러난 부분에 X-ray를 흡수하는 흡수체(18)가 채워지고, 상기 포토 레지스트가 제거된다.
다음, (d)에 도시된 바와 같이 상기 플레이트의 하측 멤브레인(14b)에 시드 레이어(L) 및 포토 레지스트(16b)가 도포되고, 상기 포토 레지스트(16b)에 자외선이 조사된 다음 현상되는 UV 사진식각공정을 거치면서 상기 포토 레지스트(16b)에 상기 플레이트의 배면 측 멤브레인(14b)이 드러나도록 한다.
다음, (e)에 도시된 바와 같이 상기 플레이트의 배면 측 멤브레인(14b)이 RIE(Reactive ion etching) 공정을 거치면서 제거하는 동시에 상기 플레이트(12)의 배면이 드러나게 된다.
다음, (f)에 도시된 바와 같이 상기 플레이트(12)의 배면 측 포토 레지스트(16b)가 제거되는 동시에 수산화 칼륨(KOH) 용액에서 실리콘 벌크(Si bulk) 식각공정이 진행되면서 상기 플레이트(12)의 배면 측 윈도우(w) 영역에 실리콘이 완전히 제거되어 상기 X-ray 노광용 마스크가 제조된다.
그리고, 상기 평면 마스크의 제조방법을 도 4를 참고로 하여 살펴보면, (a)에 도시된 바와 같이 기판(22)의 상면에 서로 다른 극성의 포토 레지스트가 순차적으로 적층된다.
여기서, 상기 기판(22)의 상면에는 시드 레이어(L), 제1포토 레지스트(24), 시드 레이어(L), 제2포토 레지스트(26)가 순차적으로 도포되되, 상기 제1,2포토 레지스트(24,26)는 서로 다른 극성을 지닌 것으로 상기 제1,2포토 레지스트(24,26)는 각각 포지티브 PR과 네거티브 PR이다.
보통, 포토 레지스트는 조사되는 빛의 세기에 따라 그 성질이 바뀌게 되는데, 포토 레지스트의 성질을 바뀌게 하는 빛의 세기가 클수록 감도가 떨어지며, 이러한 포도 레지스트의 감도는 종류에 따라 달라진다.
특히, 포지티브 PR은 종류에 따라 감도가 다양한 반면, 네거티브 PR은 종류에 따라 감도가 비슷한데, 상기 제1포토 레지스트(24)는 상기 제2포토 레지스트(26)보다 감도가 일정치 이상 큰 포지티브 PR이 설정된다.
다음, (b)에 도시된 바와 같이 상기 기판(22)에 적층된 제2포토 레지스트(26)가 상기 X-ray 노광용 마스크에 의해 부분적으로 X-ray 노광된다.
여기서, 상기 X-ray 노광용 마스크 측으로 조사되는 X-ray는 일부가 흡수되고, 나머지가 통과하여 상기 제2포토 레지스트(26)에 조사됨에 따라 상기 제2포토 레지스트(26)는 부분적으로 노광되어 그 성질이 변하게 된다.
다음, (c)에 도시된 바와 같이 부분적으로 노광된 제2포토 레지스트(26)가 현상되어 격벽(26a)이 형성된다.
이때, 상기 제2포토 레지스트(26)는 네거티브 PR이기 때문에 현상시키면 X-ray가 조사된 부분이 남겨지게 됨으로 상기 제1포토 레지스트(24) 상면에는 X-ray가 조시된 부분이 남겨져 부분적으로 격벽(26a)이 형성된다.
다음, (d)에 도시된 바와 같이 형성된 격벽(26a) 사이에 X-ray를 흡수하는 흡수체(28)가 채워진다.
이때, 상기 흡수체(28)는 주로 금(Au)이 많이 사용된다.
즉, 상기와 같이 기판(22)의 상면에는 원하는 패턴이 형성될 수 있도록 제1포토 레지스트(24)가 도포되고, 상기 제1포토 레지스트(24) 상면에 상기 흡수체(28)와 격벽(26a)으로 이루어진 평면 마스크(25)가 일체로 형성된다.
마지막으로, 상기 디스플레이 패널용 기판의 미세패턴 형성방법을 도 5를 참고로 하여 살펴보면, (a)에 도시된 바와 같이 기판(22)에 도포된 제1포토 레지스트(24)에 일체로 평면 마스크(25)가 부착된 상태에서 X-ray 노광되어 상기 제1포토 레지스트(24)가 부분적으로 노광된다.
여기서, 상기 평면 마스크(25)는 상기 흡수체(28)와 격벽(26a)으로 이루어지기 때문에 상기 평면 마스크(25) 측으로 조사되는 X-ray는 일부가 상기 흡수체(28)에 의해 흡수되고, 나머지가 상기 격벽(26a)을 통과하여 상기 제1포토 레지스트(24)에 부분적으로 조사되고, X-ray가 조사된 제1포토 레지스트(24)는 부분적으로 그 성질이 변하게 된다.
다음, (b)에 도시된 바와 같이 상기 평면 마스크(25) 즉 흡수체(28)와 격벽(26a)이 제거된다.
다음, (c)에 도시된 바와 같이 부분적으로 노광된 제1포토 레지스트(24)가 현상되어 상기 기판(22)에 미세 형상 및 크기의 패턴이 형성된다.
이때, 상기 제1포토 레지스트(24)는 포지티브 PR이기 때문에 현상시키면 X-ray가 조사된 부분이 제거됨으로 상기 제1포토 레지스트(24) 상면에는 X-ray가 조사되지 않은 부분이 남겨져 패턴을 형성하게 된다.
상기와 같은 평면 마스크의 제조방법 및 이를 이용한 평판 디스플레이 패널용 기판의 미세패턴 형성방법은 단순히 평판 디스플레이 패널용 도광판에 미세패턴을 형성하는데 국한되지 않고, 화상표시장치 중 기판에 미세패턴을 형성하는 형성하는데 모두 적용 가능하다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 평면 마스크의 제조방법 및 이를 이용한 평판 디스플레이 패널용 기판의 미세패턴 형성방법은 X-ray 노광용 마스크를 이용하여 기판에 서로 다른 극성의 포토 레지스트를 도포하여 평면 마스크를 일체로 형성할 수 있기 때문에 대형면적의 기판에서도 적용할 수 있을 뿐 아니라 기판에 보다 정밀한 패턴을 형성시킬 수 있으므로 화상표시장치를 대면적화 및 고선명화시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 기판에 제1포토 레지스트 및 제2포토 레지스트가 순차적으로 적층되는 제1단계와,
    상기 제1단계에서 적층된 제2포토 레지스트가 X-ray 노광용 마스크에 의해 부분적으로 X-ray 노광되는 제2단계와,
    상기 제2단계에서 노광된 제2포토 레지스트가 현상되어 격벽이 형성되는 제3단계와,
    상기 제3단계에서 형성된 격벽 사이에 X-ray를 흡수하는 흡수체가 채워진 후, X-ray 노광되어 상기 제1포토 레지스트가 부분적으로 노광되는 제4단계와,
    상기 제4단계에서 제1포토 레지스트 노광 후 상기 격벽과 흡수체가 제거되는 제5단계와,
    상기 제5단계에서 제2포토 레지스트 제거 후 상기 제1포토 레지스트가 현상되어 패턴이 형성되는 제6단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 패널용 기판의 미세패턴 형성방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1단계에서 상기 제1포토 레지스트와 제2포토 레지스트는 서로 다른 극성의 포토 레지스트인 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 패널용 기판의 미세패턴 형성방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1단계에서 상기 제1,2포토 레지스트는 각각 포지티브 포토 레지스트와 네거티브 포토 레지스트인 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 패널용 기판의 미세패턴 형성방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1단계에서 상기 제1포토 레지스트는 상기 제2포토 레지스트보다 감도가 일정치 이상 큰 것으로 설정되는 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 패널용 기판의 미세패턴 형성방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 제4단계에서 상기 흡수체는 금(Au)인 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 패널용 기판의 미세패턴 형성방법.
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