KR100770112B1 - 디스플레이 장치용 패턴 노광 방법 - Google Patents

Abstract

이상적인 크기 및 형태의 패턴을 정함과 아울러, 패턴 디자인 단계에서 화면을 분할하는 단위 간격을 기준으로 패턴을 형성하고, 이렇게 형성된 단위 간격 기준 패턴을 이상적인 패턴과 비교하여 확대 혹은 축소 비율(스케일)을 정하고, 단위 간격 기준 패턴을 노광을 담당하는 직접 광 조사 방식의 노광 장비의 콘트롤러에 입력하고, 스케일을 지정하고, 입력된 정보에 따라 기판 상의 광화학적 활성 물질층에 노광을 실시하는 단계를 구비하여 이루어지는 패턴 노광 방법이 개시된다.

본 발명에 따르면 단위 간격으로 화면을 분할함에 따른 예기치 못한 패턴의 정위치에서의 일탈과 그에 따른 화상 왜곡을 저감할 수있다.

Description

디스플레이 장치용 패턴 노광 방법 {Method of pattern exposure for display device fabrication}

도1은 기판에 형성되어야할 이상적인 크기와 형태의 패턴을 예시적으로 나타낸 평면도,

도2는 단위 간격에 의한 영역 분할을 고려하여 형태 변화가 없도록 도1의 패턴을 변경하여 얻은 실제 공정용 패턴을 나타낸 평면도,

도3은 도2의 실제 공정용 패턴을 이용하고, 일정 보정 스케일을 적용하여 노광 장비가 얻게 되는 기판 상의 노광 패턴을 나타낸 평면도이다.

본 발명은 표시장치 제조 과정 중의 노광 공정에 관한 것으로, 보다 상세하게는 디스플레이 장치 제조를 위한 노광 패턴의 구현 방법에 관한 것이다.

현재 표시장치의 화면 대형화 추세가 계속되고, 특히 플라즈마 디스플레이 패널(PDP) 등은 대형 화면을 지향하는 표시장치라 할 수 있다. 대형 화면을 형성하기 위해서는 대형 기판에 화면을 구성하도록 전극 등 화소 구현 장치를 형성해야 한다. 통상, 이런 화소 구현 장치는 정밀한 고화질의 화면을 만들기 위해 미세한 패턴을 가공하는 기술에 의해 형성된다. PDP 같은 대형 화면을 구성하는 표시 장치에서는 전체 화면에 같은 수의 화소를 구현하기 위해 상대적으로 패턴의 크기가 커질 수 있다. 따라서, 종래에는 화면에 격벽이나 전극, 형광체 등을 형성하기 위해 높은 정도의 정밀성을 요하지 않는 인쇄방법을 많이 사용하였다. 또한, 능동 소자를 포함하지 않는 특성상 PDP에서는 후막 공정이 사용되었다.

그러나, 최근의 고정세화 경향에 따라 정밀한 패턴을 형성하기 위해 노광 공정이 많이 사용되고 있으며, 후막공정과 함께 화소의 각종 기능막 형성을 위해 박막 공정도 많이 사용되고 있다.

노광 공정에서는 패턴을 형성할 대상 기판에 포토레지스트와 같은 광화학작용이 있는 물질층을 도포하고, 패턴을 이룰 부분 혹은 제거될 부분만에 빛이 닿도록 한다. 통상 노광 공정에서는 사진의 건판과 같은 포토마스크 혹은 레티클을 광원과 물질층 사이에 놓아 물질층 내의 일정 패턴 영역에 대한 노광이 이루어지도록 한다.

그러나, PDP에서 사용되는 기판은 매우 크다는 특징이 있다. PDP 제조에서 접촉식 마스크를 사용할 경우, 이를 위해 형성될 마스크의 크기도 매우 커지게 된다. 또한 접촉식의 경우 마스크가 쉽게 손상되어 수명이 짧다는 문제도 있다. 한편, 비접촉식 노광을 사용하는 경우, 마스크를 기판에 대해 일정 배율로 적게 형성하고, 렌즈 등으로 이루어진 광학계를 이용하여 확대된 패턴 상을 기판의 물질층에 맺어지게 할 수 있다. 이런 경우에서도 기판이 매우 큰 관계로 중심부와 주변부에 동일한 양의 광이 조사되기 어렵고, 광학계의 수차에 의한 패턴 왜곡도 생길 수 있다.

한편, 반도체 장비의 스탭퍼와 같이 넓은 기판을 여러 영역으로 나누고, 반복 패턴이 연속되는 표시장치의 특성을 이용하여 동일한 마스크로 화면 전반에 대한 분할 노광을 실시할 수도 있다.

근래에는 단순한 패턴이 넓은 영역에 걸쳐 형성된다는 표시장치의 화면 특성을 이용하여 기판에 형성된 물질층에 마스크 없이 직접 크기가 한정된 광선을 조사하여 패턴 노광을 실시하는 직접(DIRECT IMAGE: DI) 노광 방법도 사용되고 있다. DI 노광에서는 레이저 형태의 점 광 혹은 짧은 선 광이 이동하면서 넓은 기판 위에 패턴을 그리게 된다.

레이저 빔이 기판의 물질층에 닿아 형성하는 광점(spot) 크기를 작게 하고, 화면을 광점 크기에 대응하는 크기로 작게 분할하여 노광 패턴을 그려나가면 섬세하고 정밀한 패턴을 구현할 수 있다. 그러나, 넓은 화면을 그렇게 작은 단위로 분할하여 직접 노광을 실시할 경우 매우 많은 시간이 소모된다. 따라서 현재 적용되는 PDP 제조 공정 내의 DI 노광에서는 가령, 적어도 5마이크로메터 단위로 기판 영역을 가로 및 세로로 분할한다. 그리고, 레이저 빔이 비추는 위치를 이동시키면서 각각의 분할된 영역에 노광을 할 것인지 안할 것인지를 구분하여 노광을 실시한다.

그런데, 이런 방식의 DI 노광에서는 패턴의 크기가 가령 5마이크로메터 이상이 되어야 표현될 수 있다는 문제가 있다. 좀 더 설명하면, 가령 5마이크로메터 이하 크기의 패턴은 노광시 무시되어 레이저 빔이 쪼여지지 않게 된다. 기판에 형성 되는 요소들은 폭이 대개 5마이크로메터보가 훨씬 크게 형성되므로 해당 구조 자체가 노광 과정에서 삭제되는 경우는 생각하기 어렵다.

그러나, 패턴의 일부가 해당 위치에 형성될 때 실제로 있어야 하는 데 노광 과정에서는 없는 것으로 판단될 수 있다. 이럴 경우, 패턴의 폭 자체가 원하는 크기보다 줄어들 수 있고, 한 관점에서 패턴이 정위치에서 일정 거리(가령 5마이크로 메터) 이동한 것으로 생각될 수 있다. 패턴과 패턴 사이의 간격이 일정해야 하지만 위와 같은 디지틀 방식 처리 과정에서 간격이 일정하지 못하게 되는 문제가 있다.

패턴 크기나 간격이 일정하게 형성되지 못할 경우, 그 패턴을 갖는 요소에 의해 표현되는 화면은 색체나 형상에 있어서 어느 정도씩 변형되어, 의도하는 화상을 표현하지 못하는 왜곡현상을 보이게 된다.

또한, 종래의 낮은 SD(standard definition)급 해상도의 화면에서는 이런 문제가 심각하지 않았으나, HD(high definition)급 고해상도 고화질 화면을 구현하도록 동일한 화면 크기를 기준으로 더 많은 요소 패턴이 형성되어야 하는 플라즈마 표시장치에서는 이런 문제가 점차로 중요하게 된다.

본 발명은 상술한 바와 같이 화면을 일정 간격으로 분할하여 패턴이 있는 것으로 인식되는 영역을 선택적으로 노광하는 DI 노광 방법에 있어서, 일정한 간격 단위로의 분할에서 오는 패턴의 위치나 폭의 변화를 감소시킬 수 있는 노광 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 화면 분할에 의한 DI 노광 방법을 실시하면서도, 패턴의 변화에 따른 화상의 색채 및 형태에 있어서의 왜곡을 저감시킬 수 있는 노광 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 노광 방법 혹은 노광 패턴 구현 방법은 먼저 패턴 디자인 단계에서 화면을 분할하는 단위 간격을 기준으로 패턴을 형성한다는 점에 주안점이 있다. 그리고, 이렇게 형성된 단위 간격 기준 패턴을 실제 형성할 패턴의 크기와 비교하여 확대 혹은 축소 비율(이하 "스케일"이하 함)을 정한다. 단위 간격 기준 패턴을 노광을 담당하는 DI 노광 장비의 콘트롤러에 입력하고, 스케일을 지정한다. 스케일은 해당 DI 노광 장비로 가능한 범위가 되도록 하여야 하며, 공정의 특성과 DI 노광 장비 자체의 특성을 고려하여 결정하는 것이 바람직하다.

이하 도면을 참조하면서 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에서는 먼저, 도1과 같이 설계자가 이상적이라고 생각하는 형태 및 기판에 형성될 크기를 가지는 패턴 도면을 형성한다. 이 도면에는 단위에 상관없이 원하는 정도까지 크기나 형태가 자유롭게 패턴을 결정하게 된다. 도1에서 말굽 자석형태의 패턴이 형성되며, 구부러진 부분은 곡선으로 처리되어 있다. 전체 높이 110마이크로 메타, 전체 폭 108마이크로메타이며, 선폭은 22마이크로메타의 크기를 가지는 것으로 나타난다.

그리고, 도2와 같이 패턴 디자인 과정에서 단위 간격을 고려한 패턴 도면을 형성한다. 이런 패턴 도면 형성을 위해 단위 패턴들의 선폭, 스페이스, 각 종류의 마크(mark), 피치 간격 등을 반영한 전체 패턴을 형성한다. 이런 작업은 단위 간격을 고려한다는 제한 속에서 이루어지는 것이므로 설계자가 화상 구현을 위한 패널 구동에 가장 적합하게 생각하는 도1과 같은 이상적인 패턴의 형태 및 크기와는 다소 달라질 수 있다. 그러나. 그 제한 내에서 그 제한을 반영한, 가장 적절한 패턴 형태, 설계자의 입장에서는 차선의 패턴 형태를 얻을 수 있다. 즉, 설계를 제약하는 5마이크로메터 단위 간격이라는 한계가 있으므로 모든 패턴들은 자유로운 설계값과 좌표값을 가질 수는 없지만 가능한한 최대로 목표값에 다가갈 수 있도록 설계가 가능하게 된다.

이런 패턴을 형성하는 작업은 단위 간격을 한 변으로 하는 모눈을 가진 모눈종이의 각 모눈이 전부 채워지거나 전부 비워지도록 패턴을 형성하는 작업을 하는 것과 유사하게 생각될 수 있다. 모눈 내에 패턴의 경계가 존재할 수 없으므로 통상적으로 이런 작업을 통해서는 패턴은 매끄럽고 가장 이상적인 크기나 형태를 가질 수 없게 된다. 그러나 이런 작업을 통해 실제 기판에 패턴을 형성할 때에는 노광시의 화면 분할 작업에 의한 형태 왜곡이 가장 작은 패턴을 얻게 된다.

도2에는 단위간격을 고려한 패턴이 도시되며 편의상 모눈종이에 그려진 형태를 취하고 있다. 도1과 비교할 때 곡선으로 처리된 부분(r)은 계단형 처리 부분(S)으로 대체되거나, 직각(R)으로 절곡된 부분으로 대체된다. 설계의 편의를 위해 크 기는 좌우폭 및 상하 높이는 100 마이크로메터로 하고, 패턴 폭은 20마이크로 메타로 하였다.

도2의 단위 간격을 고려한 전체 패턴과 그 패턴이 기판에서 실제로 형성될 도1의 이상적인 패턴 크기를 비교하여 필요한 패턴의 확대 혹은 축소 비율 즉 스케일을 정한다. 대략 도1의 110마이크로메타를 도2 패턴의 100마이크로메타로 줄였으므로 선폭 22마이크로 메타가 20마이크로 메타로 줄었다. 노광 작업에서 DI노광 장비의 콘트롤러에 입력될 100마이크로메타 패턴에 스케일(확대비율) 1.1을 적용한다.

처음부터 기판에서 형성되어야 하는 크기로 단위 간격을 고려한 패턴을 형성하는 것도 가능하지만 그럴 경우, 디자인을 제약하는 요소가 많아져 패턴 디자인 작업이 어렵게 될 수 있기 때문에 패턴 디자인 단계에서는 실제 형성될 기판 패턴의 크기에 제한될 필요는 없다. 단, 스케일은 가로 방향, 세로 방향 혹은 전 방향을 통해 통일적으로 적용될 수 있어야 하므로 패턴에서의 폭과 스페이스의 상대적인 크기나 위치는 처음부터 고려되는 것이 바람직하다. 부분마다 스케일이 달라진다면 넓은 면적에 레이저 빔 등을 이용하여 노광하는 작업이 너무 느려지게 되므로 본 발명의 화상 왜곡 방지 효과를 거둘 수 있더라도 양산 가능한 실질적인 작업성을 가질 수 없게 된다.

패턴 설계 단계에서 얻은 패턴 도면을 노광 장치의 콘트롤러 등 저장 및 조절 가능한 부분에 입력한다. 입력을 위해 패턴 도면은 디지틀 정보로 변환될 수 있다. 그리고, DI 노광장비에 통상, 장비 보정을 위해 조절될 수 있는 조절장치를 이 용하도록 스케일 값을 입력한다. 이런 입력은 콘트롤러에 패턴 도면과 함께 입력된다. 스케일은 가로 세로 동일하게 적용되거나, 장비의 기능에 따라 가로 세로 다른 값으로 입력될 수 있다.

DI 노광 장비에 패턴 도면과 스케일 값이 입력되면 콘트롤러 등 내부 조절 장비의 지시를 받아 노광 장비에서는 노광이 이루어진다. 가령, 기판 테이블에 기판을 정렬시키고, 콘트롤러의 방향 및 출력 조절을 통해 레이저 빔이 기판의 광화학성 활성을 가지는 물질층을 영역에 따라 선택적으로 조사한다.

이런 과정을 거쳐 도3과 같이 실제로 형성되는 기판 상의 패턴은 이론적으로는 디자인된 도2의 패턴 도면의 패턴과 축척(스케일)을 감안할 때 동일한 형태를 가지는 것이다. 도3의 패턴은 이상적인 도1의 패턴과 형태면에서 다르지만 설계자가 의도하지 않은 불의의 변경 사항으로 인한 문제점을 방지할 수 있다. 즉, 단위 간격을 이용한 영역 분할에 의한 화상의 왜곡요소가 배재된 것이다.

좀 더 살펴보면 이상적인 패턴 형태인 도1과 비교할 때 전체 폭, 선폭은 원하는 수치를 얻을 수 있고, 전체 높이는 2마이크로메타 증가되었으나 전체적인 형태에서의 왜곡은 피할 수 있다. 만약 전체 높이 증가가 그 패턴의 기능에 문제가 되는 정도라면 미리 이를 감안하여 도2에서 패턴의 전체 높이를 95마이크로메터로 조절하게 된다. 혹은, DI 노광 장비에서 보정의 정밀도를 자유롭게 조절할 수 있는 범위내에서 스케일을 가령 1.08과 같이 설정하거나, 좌우로는 1.1, 상하로는 1.08과 같이 설정할 수 있을 것이다.

한편, 스케일 값을 정하는 데에는 단순히 디자인 단계에서 단위 간격을 고려 한 패턴 도면의 패턴과 기판상에 실제 형성되어야 할 패턴 사이의 크기 비율만이 요소가 되는 것은 아니다. 가령, 공정의 특성상 노광을 통해 PDP의 패널 기판 격벽을 형성할 때 격벽 폭이 줄어드는 경향이 있다면 노광을 실시할 격벽 패턴의 폭은 실제 이루어져야할 격벽의 패턴폭보다 넓게 형성된다. 단, 이때 격벽 패턴 사이의 피치는 동일하게 유지되어야 한다.

이상의 본 발명 설명을 종합하면서 실시예를 들면, 이상적인 격벽 패턴의 폭이 가령 97마이크로메터라고 한다.

한편, 소성 공정 중에 격벽의 폭 축소율이 대략 10%라면 디자인 단계에서 격벽 패턴의 폭을 120마이크로메터로 잡아 패턴을 형성하고, 축소율인 스케일을 0.9(90%)로 한다. 그러면 패턴 도면에서 격벽의 폭은 120마이크로메터로 이루어지고, DI 노광 장비에서 스케일을 적용한 노광된 격벽 패턴의 형성폭은 108마이크로 메터이며, 소성 공정을 통해 기판에 실제로 얻어지는 격벽의 폭은 108마이크로메터의 축소율 10%를 제외한 90%, 즉 97.2 마이크로메터가 되어 이상적인 격벽 폭에 0.2마이크로메터 차이로 접근할 수 있게 된다.

수치의 계산을 역으로 다시 한번 살펴보면, 이상적인 격벽 패턴의 폭이 가령 97마이크로메터라고 전제된다. 소성 공정에서 축소율이 10%가 되므로 "X*0.9=97"과 같은 식에서 역산으로 X를 얻을 수 있다. 이때 X의 값은 107.8마이크로메타가 된다. 그런데, 격벽 패턴의 피치를 계산할 때 스케일을 0.9이 되도록 하는 것이 격벽 패턴 도면을 얻는 데 편리하다는 필요가 있다고 전제하면, 스케일 0.9를 적용할 때 107.8 마이크로메타가 되는 크기를 먼저 얻을 수 있다.

즉, 107.8/0.9=119.8마이크로메타가 된다. 패턴 설계시에는 단위 간격 5마이크로 메타가 적용된다고 할 때 5마이크로메타의 배수가 되는 120마이크로메타가 적당하다고 계산될 수 있다.

따라서 이런 과정을 거쳐 설계시에는 격벽 패턴의 폭을 120마이크로메타로 하여 패턴 도면을 완성하게 된다.

본 발명에 따르면, 화면을 일정 간격으로 분할하여 패턴이 있는 것으로 인식되는 영역을 선택적으로 노광하는 DI 노광 방법에 있어서, 일정한 간격 단위로의 분할에서 오는 패턴의 위치나 폭의 예기치 못한 변경, 왜곡을 감소시킬 수 있으며, DI 노광 방법을 실시하면서도, 패턴의 변화에 따른 화상의 색채 및 형태에 있어서의 왜곡을 저감시킬 수 있다.

Claims (7)

1. 기판 상에 형성이 요구되는 이상적인 패턴을 결정하는 단계,

   패턴 디자인 단계에서 화면을 분할하는 단위 간격을 기준으로 상기 이상적인 패턴을 변경하여 실용 패턴을 형성하는 단계,

   상기 실용 패턴과 상기 이상적인 패턴의 크기를 감안하여 노광 장비에 적용할 상기 실용 패턴에 대한 보정용 확대 축소 비율을 결정하는 단계,

   상기 노광 장비에 상기 실용 패턴에 대한 영상 정보와 상기 확대 축소 비율을 입력하여 상기 기판 상에 형성된 노광 물질층에 대해 광을 직접 조사하는 노광을 실시하는 단계를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 패턴 노광 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 확대 축소 비율을 결정하는 단계에서 상기 실용 패턴에 대한 좌우 방향으로의 확대 축소 비율과 상기 실용 패턴에 대한 상하 방향으로의 확대 축소 비율을 서로 다르게 결정하는 것을 특징으로 하는 패턴 노광 방법.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 노광 장비에서 광원으로 레이저가 구비되며,

   상기 노광의 실시는 상기 노광 장비에 입력된 상기 실용 패턴에 상기 확대 축소 비율을 적용하여 상기 레이저로 상기 기판에 적층된 노광 물질층에 대해 스캔 방식으로 상기 확대 축소된 상기 실용 패턴 영역을 조사한는 방식으로 이루어지는 것을 특징으로 패턴 노광 방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 단위 간격은 5마이크로메타 이상인 것을 특징으로 하는 패턴 노광 방법.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 기판은 플라즈마 표시장치의 기판인 것을 특징으로 하는 패턴 노광 방법.

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