KR100790356B1 - 액정표시장치용 컬러필터 기판의 시프트 불량 검사 방법 - Google Patents

액정표시장치용 컬러필터 기판의 시프트 불량 검사 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는, 액정표시장치용 컬러필터 기판을 제작함에 있어서, 컬러필터 기판 상에 노광(exposure), 현상(develop), 식각(etching) 공정을 포함하는 사진식각(photolithography) 공정에 의해 블랙매트릭스(black matrix)를 패터닝(patterning)함에 있어서, 블랙매트릭스의 시프트(shift) 불량을 검사하는 방법으로서, 기판 상에 제 1 블랙매트릭스 패턴을 형성하는 단계와; 상기 제 1 블랙매트릭스 패턴과 중첩되는 위치에 제 2 블랙매트릭스 패턴을 형성하는 단계와; 모니터링(monitoring)를 통해 상기 제 1, 2 블랙매트릭스 패턴간 시프트된 부분을 검사하는 단계를 포함하는 액정표시장치용 컬러필터 기판의 시프트 불량 검사 방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.

Description

액정표시장치용 컬러필터 기판의 시프트 불량 검사 방법{Test Method for Shift badness of Color Filter Panel for Liquid Crystal Display Device}
도 1은 일반적인 액정표시장치에 대한 단면도.
도 2는 일반적인 액정표시장치용 사진식각 공정에 대한 공정흐름도.
도 3에서는 종래의 액정표시장치용 컬러필터 기판의 블랙매트릭스 노광 공정에 대한 개략적인 도면.
도 4는 컬러필터 기판의 블랙매트릭스의 시프트 불량에 대해서 설명하기 위한 도면.
도 5a 내지 5c는 본 발명에 따른 시프트 불량 검출용 블랙매트릭스 패턴의 제조 공정을 단계별로 나타낸 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 투명 기판 102 : 제 1 블랙매트릭스 패턴
104 : 제 2 블랙매트릭스 패턴 II : 시프트 불량 영역

본 발명은 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device)에 관한 것이며, 특히 액정표시장치용 컬러필터 기판에 관한 것이다.
일반적으로 액정표시장치의 구동원리는 액정의 광학적 이방성과 분극성질을 이용한다. 상기 액정은 구조가 가늘고 길기 때문에 분자의 배열에 방향성을 갖고 있으며, 인위적으로 액정에 전기장을 인가하여 분자배열의 방향을 제어할 수 있다.
따라서, 상기 액정의 광학적 이방성에 의하여 액정의 분자배열을 조정하면, 이에 따라 빛이 굴절하여 화상 정보를 표현할 수 있다.
현재에는, 각 화소(pixel)별로 전압의 온/오프를 조절할 수 있는 스위칭 소자인 박막트랜지스터가 구비된 액티브 매트릭스형 액정표시장치가 해상도 및 동영상 구현능력이 뛰어나 가장 주목받고 있다.
일반적으로, 액정표시장치는 박막트랜지스터 및 화소 전극을 형성하는 어레이 기판 제조 공정과 컬러필터 및 공통 전극을 형성하는 컬러필터 기판 제조 공정을 통해, 각각 어레이 기판 및 컬러필터 기판을 형성하고, 이 두 기판 사이에 액정을 개재하는 액정셀 공정을 거쳐 완성된다.
이하, 도 1은 일반적인 액정표시장치에 대한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 상부 및 하부 기판(10, 30)이 서로 일정간격 이격되어 있고, 이 상부 및 하부 기판(10, 30) 사이에는 액정층(50)이 개재되어 있다.
상기 하부 기판(30)의 투명 기판(1) 상부에는 게이트 전극(32)이 형성되어 있고, 게이트 전극(32) 상부에는 게이트 절연막(34)이 형성되어 있고, 게이트 절연막(34) 상부의 게이트 전극(32)을 덮는 위치에는 액티브층(36a), 오믹콘택층(36b)이 차례대로 적층된 반도체층(36)이 형성되어 있고, 반도체층(36)의 상부에는 서로 일정간격 이격된 소스 및 드레인 전극(38, 40)이 형성되어 있고, 소스 및 드레인 전극(38, 40) 간의 이격구간에는 액티브층(36a)의 일부를 노출시킨 채널(ch ; channel)이 형성되어 있고, 게이트 전극(32), 반도체층(36), 소스 및 드레인 전극(38, 40), 채널(ch)은 박막트랜지스터(T)를 이룬다.
도면으로 제시하지 않았지만, 상기 게이트 전극(32)과 연결되어 제 1 방향으로 게이트 배선이 형성되고, 이 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 상기 소스 전극(38)과 연결되는 데이터 배선이 형성되고, 이 게이트 및 데이터 배선이 교차되는 영역은 화소 영역(P)으로 정의된다.
또한, 상기 박막트랜지스터(T) 상부에는 드레인 콘택홀(44)을 가지는 보호층(42)이 형성되어 있고, 화소 영역(P)에는 드레인 콘택홀(44)을 통해 상기 드레인 전극(40)과 연결되는 화소 전극(48)이 형성되어 있다.
그리고, 상기 상부 기판(10)의 투명 기판(1) 하부에는 화소 전극(48)과 대응되는 위치에 특정 파장대의 빛만을 걸러주는 컬러필터층(14)가 형성되어 있고, 컬러필터층(14)의 컬러별 경계부에는 빛샘현상 및 박막트랜지스터(T)로의 광유입을 차단하는 블랙매트릭스(12)가 형성되어 있다.
그리고, 이 컬러필터층(14) 및 블랙매트릭스(12)의 하부에는 액정층(50)에 전압을 인가하는 또 다른 전극인 공통 전극(16)이 형성되어 있다.
한편, 상기 상부 및 하부 기판(10, 30) 사이에 개재된 액정층(50)의 누설을 방지하기 위해, 상부 및 하부 기판(10, 30)의 가장자리는 씰 패턴(52)에 의해 봉지되어 있다.
그리고, 상기 상부 및 하부 기판(10, 30) 사이에 볼 스페이서(54)가 위치하여, 전술한 씰 패턴(52)과 함께 일정한 셀 갭을 유지하는 역할을 한다.
도면으로 제시하지 않았지만, 상기 상부 및 하부 기판(10, 30)의 액정층(50)과 각각 접하는 부분에는 액정의 배열을 용이하게 유도하기 위해 상부 및 하부 배향막을 더욱 포함한다.
상기 상부 및 하부 기판 상에 형성되는 각 패턴들은 노광(exposure), 현상(develop), 식각(etching) 공정을 포함하는 일련의 공정인 사진식각 공정(photolithography)을 여러 번 반복하여 형성된다.
이하, 도 2는 일반적인 액정표시장치용 사진식각 공정에 대한 공정흐름도이다.
사진식각 공정은 포토 레지스트(PR ; photo resist)가 빛을 받으면 화학반응을 일으켜서 성질이 변하는 원리를 이용하여, 얻고자 하는 패턴(pattern)의 마스크를 이용하여 빛을 선택적으로 PR이 도포된 기판 상에 조사함으로써 마스크의 패턴과 동일한 패턴을 기판 상에 형성시키는 공정이다.
상기 마스크는 투명기판 상에 임의의 패턴을 형성하기 위한 것으로, 상기 패턴은 빛을 막는 불투명 영역과 빛을 통과하는 영역으로 구분된다.
상기 PR은 반응원리에 따라 포지티브(positive) PR과 네가티브(negative) PR로 구분할 수 있는데, 포지티브 PR은 노광(exposure)된 영역이 용해되기 쉬운 상태이므로 현상과정에서 빛에 노출된 부분이 쉽게 용해되는 성질을 가지며, 이 PR은 블랙매트릭스 및 어레이 소자의 제작에 주로 이용되고, 네가티브 PR은 노광된 영역이 용해되기 어려운 상태로 현상과정에서 쉽게 용해되지 않고, 그외 비노출 부분이 용해되는 성질을 가지며, 컬러필터 패턴 형성에 주로 이용된다.
일반적으로, 상기 포토리소그래피 공정순서는 평탄하고 균일한 두께의 PR를 형성하기 위해 스핀코팅(spin coating)방식을 이용하여 PR을 코팅하는 단계(ST 1)와, 코팅된 PR을 고형화하는 소프트 베이크(soft bake) 단계(ST 2)와, 상기 소프트 베이크 단계를 거친 PR층 상에 임의의 패턴이 형성된 마스크를 정렬하고, 노광장비의 광원을 조사하여 상기 PR층을 노광하는 단계(ST 3)와, 상기 노광을 거친 PR층을 현상액(developer)을 이용하여 상을 형성하기 위해 일정부위의 PR층을 제거하는 현상(develop) 단계(ST 4)와, 상기 현상 단계를 거친 PR층과 하부물질과의 밀착성을 좋게하기 위한 하드 베이크(hard bake) 단계(ST 5) 순으로 이루어진다.
이중 상기 ST 3단계에 해당하는 노광 공정은 광원렌즈 및 미러를 포함하는 노광장비를 이용하여 기판 상에 임의의 패턴을 전사(轉寫)하는 방식으로 이루어지기 때문에, 상기 광원렌즈 및 미러의 이용에 따른 패턴의 왜곡현상을 완전하게 제어하기 어렵다.
예를 들어, 제 1 패턴에서 임의의 포인트를 정하고, 제 2 패턴을 상기 포인트에 맞추어 형성함에 있어서, 왜곡현상이 일어날 경우에는 상기 포인트에서 벗어 난 지점에서 제 2 패턴이 형성되어 상기 두 패턴간의 오버레이 정확도가 떨어지게 되고, 이러한 오버레이 차는 공정이 추가될수록 더욱 심해지게 된다.
이하, 도 3에서는 종래의 액정표시장치용 컬러필터 기판의 블랙매트릭스 노광 공정에 대한 개략적인 도면으로서, 감광성 카본 수지를 이용하여 별도의 PR층을 구비하지 않는 블랙매트릭스 물질을 일 예로 하여 설명한다.
도시한 바와 같이, 노광용 척(60) 상부에 블랙매트릭스 물질층(70)이 형성된 기판(72)을 고정시킨 후, 기판(72) 상부에 노광부(I)를 가지는 마스크(74)를 배치한 후, 마스크(74)의 노광부(I)를 통해 기판(72) 상의 블랙매트릭스 물질층(70)을 노광하는 공정에 있어서, 상기 노광용 척(60)에는 기판(72)을 위, 아래로 움직이게 하는 다수 개의 리프트 핀(62 ; lift pin)과, 기판(72)의 모서리부를 고정시키는 가이드 핀(64 ; guide pin)을 포함한다.
도 4는 컬러필터 기판의 블랙매트릭스의 시프트 불량에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도시한 바와 같이, 노광용 척(60)에 이물(74)이 유입되어 한 예로 기판(72)과 어느 한 리프트 핀(62) 사이에 이물(74)이 부착된 경우, 이물(74) 부위에 기판(72)과 갭이 발생되어, 기판(72)의 평탄화 특성이 떨어지게 되므로 노광 공정시, 광원의 굴절이 생겨서 원하는 부위에 블랙매트릭스 패턴이 형성되지 않는 시프트 불량이 발생하게 된다.
더욱이, 블랙매트릭스의 패터닝 공정에서는 컬러필터 패터닝을 위한 얼라인 키가 동시에 제작되기 때문에, 후속 공정인 적, 녹, 청 컬러필터의 패턴불량을 유발하게되는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 블랙매트릭스 패턴의 시프트 불량을 블랙매트릭스 사진식각 공정 후 조기 검출하여 컬러필터 공정 효율을 높이는데 목적이 있다.
이를 위하여, 본 발명에서는 블랙매트릭스의 패터닝 공정 후 모니터링(monitoring)을 통해 블랙매트릭스의 시프트 불량 관찰이 용이한 시프트 불량 측정용 블랙매트릭스 패턴을 제안하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 액정표시장치용 컬러필터 기판을 제작함에 있어서, 컬러필터 기판 상에 노광(exposure), 현상(develop), 식각(etching) 공정을 포함하는 사진식각(photolithography) 공정에 의해 블랙매트릭스(black matrix)를 패터닝(patterning)함에 있어서, 블랙매트릭스의 시프트(shift) 불량을 검사하는 방법으로서, 기판 상에 제 1 블랙매트릭스 패턴을 형성하는 단계와; 상기 제 1 블랙매트릭스 패턴과 중첩되는 위치에 제 2 블랙매트릭스 패턴을 형성하는 단계와; 모니터링(monitoring)를 통해 상기 제 1, 2 블랙매트릭스 패턴간 시프트된 부분을 검사하는 단계를 포함하는 액정표시장치용 컬러필터 기판의 시프트 불량 검사 방법을 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 5a, 5b는 본 발명에 따른 시프트 불량 검출용 블랙매트릭스 패턴의 제조 공정을 단계별로 나타낸 도면이다.
도 5a에서는, 투명 기판(100) 상에 서로 일정간격 이격되는 다수 개의 제 1 블랙매트릭스 패턴(102)을 형성하는 단계이다.
도면으로 제시하지 않았지만, 이 단계에서는 블랙매트릭스를 이루는 물질을 크롬계 금속물질로 할 경우, 투명 기판 상에 크롬계 금속물질을 증착하는 단계와, 상기 크롬계 금속물질 상부에 PR 물질을 도포하는 단계와, 상기 PR 물질 상부에 노광부를 가지는 마스크를 배치하는 단계와; 상기 마스크의 패턴을 기판 상에 전사하는 노광 단계와, 노광된 PR물질을 현상하여 비노광된 PR층을 마스크로 하여 , PR층을 스트립( strip)하여 제 1 블랙매트릭스 패턴을 완성하는 단계를 포함한다.
상기 제 1 블랙매트릭스 패턴(102)은 일반적인 컬러필터 기판용 블랙매트릭스의 패터닝 공정과 동일하게 이루어진다.
도 5b에서는, 상기 제 1 블랙매트릭스 패턴(102)과 중첩되게 제 2 블랙매트릭스 패턴(104)을 형성하는 단계이다.
상기 제 2 블랙매트릭스 패턴(104)은 제 1 블랙매트릭스 패턴(102)과 동일 방법에 의해 형성되며, 제 2 블랙매트릭스 패턴(104)의 형성목적은 노광 공정시, 이물에 의한 광원 굴절에 의해 블랙매트릭스의 시프트 불량을 조기 검출하고자 하는 것이다.
도 5c에서는, 상기 제 1, 2 블랙매트릭스 패턴(102, 104)이 형성된 기판의 모니터링을 통해 불량의 발생유무를 확인하는 단계이다.
도시한 바와 같이, 제 1, 2 블랙매트릭스 패턴(102, 104)이 서로 중첩되게 구성됨에 있어서, "II" 영역 상의 제 1, 2 블랙매트릭스 패턴(102, 104)은 대응되지 못하고 시프트되어 있음을 알 수 있다. 이러한 시프트 불량은 모니터링을 통해 제 1, 2 블랙매트릭스 패턴(102, 104)간 단차에 의한 빛의 난반사에 의해 용이하게 관찰할 수 있다.
즉, 제 1, 2 블랙매트릭스 패턴(102, 104)간에 발생되는 시프트 불량 지점을 확인하여 노광용 척의 세척 등을 통해 불량 원인에 대해 조기에 해결하여 컬러필터의 공정효율을 높일 수 있게 된다.
상기 제 1, 2 블랙매트릭스 패턴(102, 104)간의 시프트 불량에 의해 불량 문제가 해결되면, 상기 제 1, 2 블랙매트릭스 패턴(102, 104)은 기판 상에서 제거되고, 컬러필터용 블랙매트릭스 패터닝 공정이 진행된다.
그러나, 본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않으며, 본 발명의 취지에 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 컬러필터 기판용 블랙매트릭스 시프트 불량 조기 검출용 블랙매트릭스 패턴에 의하면, 블랙매트릭스 패터닝 후 후속 적, 녹, 청 컬러필터를 진행하기 전에 불량 원인을 조기에 해결할 수 있으므로 컬러필터 공정 효율을 높일 수 있으며, 어레이 공정에도 충분히 응용가능하여 생산수율이 향상된 액정표시장치를 제공할 수 있다.

Claims (1)

  1. 액정표시장치용 컬러필터 기판을 제작함에 있어서, 컬러필터 기판 상에 노광(exposure), 현상(develop), 식각(etching) 공정을 포함하는 사진식각(photolithography) 공정에 의해 블랙매트릭스(black matrix)를 패터닝(patterning)함에 있어서, 블랙매트릭스의 시프트(shift) 불량을 검사하는 방법으로서,
    기판 상에 제 1 블랙매트릭스 패턴을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 블랙매트릭스 패턴과 중첩되는 위치에 제 2 블랙매트릭스 패턴을 형성하는 단계와;
    모니터링(monitoring)를 통해 상기 제 1, 2 블랙매트릭스 패턴간 시프트된 부분을 검사하는 단계
    를 포함하는 액정표시장치용 컬러필터 기판의 시프트 불량 검사 방법.
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