KR101073293B1 - 하프톤 마스크와 그 제조방법 및 하프톤 마스크를 이용한 막 형성 방법 - Google Patents

하프톤 마스크와 그 제조방법 및 하프톤 마스크를 이용한 막 형성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 서로 이격하는 두 영역의 하부막 높이를 균일하게 형성할 수 있는 하프톤 마스크, 하프톤 마스크 제조방법 및 하프톤 마스크를 이용한 막 형성 방법에 관한 것이다. 본 발명의 하프톤 마스크는 조사되는 광을 차단하고 서로 일정 간격 이격하는 제1 광차단부와 제2 광차단부, 및 제1 광차단부에서 멀리 위치한 제2 광차단부의 측면에 인접하게 배치되며 광의 조사량을 감소시키는 반투과부를 포함하고, 제1 광차단부와 제2 광차단부를 지나는 직선 상에서, 제2 광차단부의 제2 길이와 반투과부의 제3 길이의 합이 제1 광차단부의 제1 길이보다 크다.
마스크, 하프톤, 하부막, 광차단부, 반투과부, 반비례

Description

하프톤 마스크와 그 제조방법 및 하프톤 마스크를 이용한 막 형성 방법{Halftone mask and manufacturing method thereof and method for forming film using the same}
본 발명은 하프톤 마스크에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 서로 이격하는 두 영역의 하부막 높이를 균일하게 형성할 수 있는 하프톤 마스크, 하프톤 마스크 제조방법 및 하프톤 마스크를 이용한 막 형성 방법에 관한 것이다.
유기전계발광 표시장치는 시야각이 넓고 콘트라스트가 우수할 뿐만 아니라 응답속도가 빠른 장점이 있어 차세대 평판 표시장치로서 주목받고 있다.
유기전계발광 표시장치의 제조에 있어서, 패널의 경박 단소화와 생산비의 절감을 위해서는 패널과 구동회로와의 집적화는 매우 중요하다. 예컨대, 저온 폴리실리콘(low temperature poly silicon; LTPS) 기술을 이용한 제조공정에서 마스크 수를 줄임으로써 장치의 생산성을 높이고 원가절감을 도모할 수 있다.
마스크 수를 줄이기 위한 방법들 중 하나는 하프톤 마스크를 사용하는 것이다. 하프톤 마스크를 이용하면, 유기전계발광 표시장치의 픽셀 전극의 일부 영역이 노출되도록 픽셀 전극을 덮는 화소정의막을 하나의 마스크로 패터닝할 수 있다. 하 지만, 하나의 마스크로 화소정의막을 패터닝하는 경우, 노출되는 픽셀 전극의 좌우 양측의 화소정의막 영역들 간에 높이 차이가 발생하여 이후의 공정에서 불량이 발생할 수 있다.
예를 들면, 픽셀 전극 양측의 화소정의막 영역들 간에 높이 차이로 인하여 발광층 등의 유기물 증착이나 전극층 등의 금속 증착에 불량이 발생할 수 있다. 게다가, 화소정의막은 유기물이나 전극의 증착을 위한 마스크 등이 부착될 때 스페이서와 같은 역할을 하기도 하는데, 그 경우 일부 영역에서 마스크가 들떠서 증착 불량이 발생할 수 있다.
본 발명의 목적은 서로 이격하는 두 영역의 하부막 높이를 균일하게 형성할 수 있는 하프톤 마스크 및 하프톤 마스크 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 전술한 하프톤 마스크를 이용함으로써 생산성을 확충하고 제조비용을 절감할 수 있는 막 형성 방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 측면에 의하면, 조사되는 광을 차단하고 서로 일정 간격 이격하는 제1 광차단부와 제2 광차단부; 및 상기 제1 광차단부에서 멀리 위치한 상기 제2 광차단부의 측면에 인접하게 배치되며 상기 광의 조사량을 감소시키는 반투과부를 포함하고, 상기 제1 광차단부와 상기 제2 광차단부를 지나는 직선 상에서, 상기 제2 광차단부의 제2 길이와 상기 반투과부의 제3 길이의 합은 상기 제1 광차단부의 제1 길이보다 큰 하프톤 마스크가 제공된다.
바람직하게, 상기 반투과부의 제3 길이는 상기 합의 범위 내에서 제1 광차단부의 제1 길이의 크기에 반비례하는 크기를 구비한다.
하프톤 마스크는 제1 광차단부와 제2 광차단부 사이에 광을 모두 투과시키는 광투과부 또는 또다른 반투과부를 구비한다.
반투과부는 제2 광차단부와 동일한 재료로 이루어지며, 슬릿을 구비할 수 있다.
제1 광차단부 및 제2 광차단부는 투명기재 상에 배치된 차광층을 포함할 수 있다. 차광층은 크롬(Cr) 또는 크롬산화물을 포함할 수 있다. 반투과부는 투명기재 상에 배치된 CrxOy, CrxCoy, CrxCoyNz, SizNy (여기서, 첨자 x, y 및 z는 자연수이고 각 화학 원소의 개수를 의미함) 중 어느 하나의 재료를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 조사되는 광을 차단하고 서로 일정 간격 이격하는 두 광차단부들을 베이스 기재에 형성하는 단계; 및 상기 두 광차단부들을 지나는 직선 상에서, 상기 두 광차단부들의 길이가 서로 다르면, 큰 길이를 가진 광차단부의 타측-상기 타측은 작은 길이를 가진 광차단부에서 멀이 위치한 상기 큰 길이의 광차단부의 끝단임-에 인접한 상기 큰 길이를 가진 광차단부의 일부분을 상기 광의 조사량을 감소시키는 반투과부로 대체하는 단계를 포함하는 하프톤 마스크 제조방법이 제공된다.
바람직하게, 반투과부의 길이는 반투과부로 그 일부가 대체된 광차단부의 남은 길이와 반투과부의 길이의 합의 범위 내에서 상기 작은 길이를 가진 광차단부의 길이의 크기에 반비례하는 크기로 형성된다.
상기 반투과부는 제2 광차단부에 슬릿을 배치하여 형성될 수 있다.
상기 제1 광차단부 및 제2 광차단부는 투명기재 상에 차광층을 배치하여 형성되고, 상기 반투과부는 차광층이 형성되어 있는 투명기재 상에 도포되어 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 조사되는 광을 차단하고 서로 일정 간격 이격하는 두 광차단부들을 베이스 기재에 형성할 때, 상기 두 광차단부들을 지나는 직선 상에서 상기 두 광차단부들의 길이가 서로 다르면, 큰 길이를 가진 광차단부의 타측-상기 타측은 작은 길이를 가진 광차단부에서 멀이 위치한 상기 큰 길이의 광차단부의 끝단임-에 인접한 상기 큰 길이를 가진 광차단부의 일부분을 상기 광의 조사량을 감소시키는 반투과부로 대체하여 하프톤 마스크를 마련하는 단계; 상기 하프톤 마스크를 이용하여 기판 상에 형성되어 있는 하부 막에 광을 조사하는 단계; 및 상기 하부 막을 현상하여 상기 작은 길이의 광차단부에 대응하는 하부 막의 높이와 그 일부가 상기 반투과부로 대체된 광차단부의 나머지 부분에 대응하는 하부 막의 높이를 동일하게 형성하는 단계를 포함하는 막 형성 방법이 제공된다.
바람직하게, 상기 하부 막은 감광성 고분자 재료로 형성된다.
상기 막 형성 방법은, 하부 막으로서 유기전계발광 표시장치의 픽셀 전극의 일부를 노출시키도록 픽셀 전극이 형성된 기판 상부를 덮는 화소정의막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 마스크의 두 광차단부 영역에 대응하는 서로 이격된 두 하부막 영역의 높이를 균일하게 형성할 수 있다. 예컨대, 유기전계발광 표시장치의 제조공정에서 마스크 수를 줄이면서 화소정의막의 높이를 균일하게 형성할 수 있다. 게다가, 균일한 높이의 화소정의막을 이용하여 후공정 중의 불량 발생을 방지함으로써, 유기전계발광 표시장치의 생산성을 높일 수 있고 제조비용을 절감할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
이하의 설명에 있어서, 어떤 층이 다른 층 위에 존재한다고 기술될 때, 이는 다른 층의 바로 위에 존재할 수도 있고, 그 사이에 제3의 층이 게재될 수 있다. 또한, 도면에서 각 구성요소의 두께나 크기는 설명의 편의성 및 명확성을 위하여 과장될 수 있다. 그리고, 도면에서 동일하거나 유사한 요소에는 동일한 참조부호를 붙인다.
도 1은 본 발명의 실시예와의 비교를 위한 마스크 레이아웃과 이러한 마스크를 이용하여 형성되는 하부막을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 비교예의 마스크는 두 광차단부(DK1, DK0), 두 광차단부(DK1, DK0) 사이의 반투과부(HT0), 및 두 광차단부(DK1, DK0) 양측 바깥쪽에 위치한 두 광투과부(CL1, CL2)를 구비한다. 두 광차단부는 일 방향에서 제1 길이(W1)를 갖는 광차단부(DK1)와 이 광차단부(DK1)와 일정 간격(W0) 이격하고 제2 길이(W2)를 갖는 또 다른 광차단부(DK0)를 포함한다.
본 비교예의 마스크를 이용하여 기판 구조물 상의 하부막을 패터닝할 때, 상기 제1 길이(W1)와 제2 길이(W2)가 서로 다르면, 예컨대, 제1 길이(W1)보다 제2 길이(W2)가 크면, 또 다른 광차단부(DK0)에 대응하는 영역에 형성된 하부막(2)의 두께(H2)는 광차단부(DK1)에 대응하는 영역에 형성된 하부막(1)의 두께(H1)보다 크게 된다.
전술한 바와 같이, 마스크를 이용하여 하부막을 형성할 때 마스크의 서로 이격하는 두 광차단부에 대응하는 영역들의 하부막 두께(또는 높이)가 서로 다르면, 후속 공정에서 원하는 두께 또는 패턴의 막 증착 등에 있어서 불량이 쉽게 발생할 수 있다.
예컨대, 유기전계발광 표시장치의 픽셀 전극의 일부 영역이 노출되도록 픽셀 전극을 덮는 화소정의막을 하나의 하프톤 마스크로 패터닝할 수 있는 데, 그 때, 노출되는 픽셀 전극의 좌우 양측의 화소정의막 영역들 간에 높이 차이가 발생할 수 있다. 그 경우, 픽셀 전극 양측의 화소정의막 영역들 간에 높이 차이로 인하여 발광층 등의 유기물 증착이나 전극층 등의 금속 증착에 불량이 발생할 수 있다. 게다가, 화소정의막은 유기물이나 전극의 증착을 위한 마스크 등이 부착될 때 스페이서와 같은 역할을 하기도 하는데, 그 경우 일부 영역에서 마스크가 들떠서 증착 불량이 발생할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예의 하프톤 마스크 레이아웃과 이러한 하프톤 마스크를 이용하여 형성되는 하부막을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예의 하프톤 마스크(10)는 일 방향에서 서로 이격하는 두 광차단부(DK1, DK2)와, 두 광차단부(DK1, DK2) 사이의 반투과부(HT2), 및 두 광차단부(DK1, DK2)의 양측 바깥쪽에 배치된 두 광투과부(CL1, CL2)를 구비한다.
광차단부(DK1, DK2)는 조사되는 광을 차단하여 광차단부에 대응하는 마스크 하부 영역에 광이 조사되지 못하도록 기능하며, 반투과부(HT1, HT2)는 조사되는 광을 일부 차단하여 반투과부에 대응하는 마스크 하부 영역에 감소된 광량이 조사되도록 기능한다. 광투과부(CL1, CL2)는 실질적으로 조사되는 광을 모두 투과시킨다.
여기서, 하부막은 포토레지스트(photoresist), 폴리이미드(polyimide), 실리콘나이트라이드(silicon nitride)와 같이 전기적으로 충분한 절연효과가 있으면서, 감광 특성을 가진 고분자 재료로 형성될 수 있다. 예컨대, 하부막의 재료로는 PAC(photo active compound) 물질을 포함하는 고분자 재료가 이용될 수 있는 데, PAC는 빛을 받으면 카르복실산으로 변한다. 카르복실산은 알칼리성 현상액과 만나면 중화된다. 즉, 감광 특성을 가진 고분자 재료로 하부막을 형성하면, 노광 및 현상 공정으로 원하는 패턴의 하부막을 형성할 수 있다.
반투과부(HT1)는 조사되는 소정 파장대의 광에 대하여 하프톤 마스크(10)를 투과하여 하부로 조사되는 광량을 감소시키므로, 리소그래피 공정 후 반투과부(HT1)에 대응하는 하부막의 두께와 광차단부(DK2)에 대응하는 하부막의 두께가 다르다. 그런데, 광차단부(DK2)에 인접하게 반투과부(HT1)를 배치하면, 광차단부(DK2)에 대응하는 하부막 부분은 반투과부(HT1)에 대응하는 하부막 부분으로 리플로우하면서 그 부분의 높이가 낮아진다. 다시 말해, 광차단부(DK2)에 인접하게 반투과부(HT1)를 배치하면, 노광 공정에 이용되는 빛의 회절, 하부막의 리플로우(reflow) 또는 수축(shrinkage) 등의 요인들에 의해 광차단부(DK2)의 높이를 낮출 수 있다.
본 실시예에서는, 마스크의 서로 이격하는 두 광차단부(DK1, DK0)에 대응하 는 두 하부막 영역들의 높이가 서로 다른 문제를 해결하기 위해, 일 방향(예컨대, 두 광차단부(DK1, DK0)를 지나는 직선에 평행한 방향)에서 서로 이격하며 서로 다른 길이를 갖는 두 광차단부들(DK1, DK0)을 필요로 하는 마스크를 마련할 때, 한쪽 광차단부(DK0)의 길이(W2)가 다른쪽 광차단부(DK1)의 길이(W1)보다 길면, 한쪽 광차단부(DK0)의 측면 즉, 다른쪽 광차단부(DK1)에서 멀리 위치한 한쪽 광차단부(DK0)의 끝단에 인접하게 위치한 광차단부(DK0)의 일부분을 반투과부(HT1)로 대체하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이, 본 실시예에서는 서로 다른 길이를 가진 두 광차단부(DK1, DK0) 중 상대적으로 길이가 긴 광차단부(DK0)의 일부분을 반투과부(HT1)로 대체형성함으로써 리소그래피 공정 후에 최종적으로 형성되는 두 광차단부(DK1, DK2)에 대응하는 두 하부막 영역들의 높이를 실질적으로 동일하게 한다.
이하에서는 그 일부분이 반투과부(HT1)으로 대체된 광차단부(DK0)의 나머지 부분을 제2 광차단부(DK2)라고 한다. 제1 광차단부(DK1)의 길이를 제1 길이(W1)라 하고, 제2 광차단부(DK2)의 길이와 반투과부(HT1)의 길이의 합을 제2 길이(W2)라 하고, 반투과부(HT1)의 길이를 제3 길이(W3)라 하고, 제2 광차단부(DK2)의 길이를 제4 길이(W4)라 한다. 본 실시예에서, 제2 길이(W2)는 제1 길이(W1)보다 크다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 채용가능한 하프톤 마스크를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 3a를 참조하면, 본 실시예의 하프톤 마스크(10a)는 조사되는 광을 투과시키지 않는 금속성 재료로 형성된다. 하프톤 마스크(10a)의 제1 광차단부(DK1)와 제 2 광차단부(DK2)는 금속성 재료가 존재하는 부분(13a, 13b)이 되며, 반투과부(HT1)는 금속성 재료에 슬릿(14)이 형성되어 있는 부분(슬릿 구조 또는 슬릿 패턴 부분)이 되고, 광투과부(CL1, CL2, CL3)는 금속성 재료가 제거된 부분이 된다. 하프톤 마스크(10a)의 제1 광차단부(DK1)와 제2 광차단부(DK2) 사이에는 광투과부(CL3)가 형성되어 있다. 광투과부(CL1, CL2, CL3)는 조사되는 광을 모두 투과시킨다.
도 3b를 참조하면, 본 실시예의 하프톤 마스크(10b)는 제1 광차단부(DK1)와 제2 광차단부(DK2) 사이에 또 다른 반투과부(HT2)를 구비하는 것을 제외하고, 도 3a를 참조하여 설명한 하프톤 마스크(10a)와 실질적으로 동일하다. 또 다른 반투과부(HT2)는 금속성 재료에 일부 광을 투과시키는 슬릿(15)이 형성된 부분이 된다.
전술한 두 반투과부(HT1, HT2)의 투과율은 서로 동일하거나 다를 수 있다. 두 반투과부(HT1, HT2)의 투과율이 서로 다르면, 투과율이 낮은 반투과부에 대응하는 하부막의 두께를 광차단부에 비해 상대적으로 낮은 두께로 형성할 수 있으며, 두 반투과부(HT1, HT2)의 투과율이 서로 같으면, 대응 하부막 영역들의 두께가 서로 동일하므로, 후속 공정에서 함께 식각되어 제거될 수 있다.
도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명한 전술한 하프톤 마스크(10a; 10b)는 하프톤 마스크의 몸체를 형성하는 금속성 구조물에서 서로 이격하며 일 방향에서 서로 다른 길이를 가진 두 광차단부(DK1, DK0) 중 상대적으로 길이가 긴 광차단부(DK0)의 일부분에 슬릿(14)을 구비한 반투과부(HT1)를 형성함으로써 마련될 수 있다. 슬릿(14)은 금형 및/또는 절삭가공 등의 금속가공 공정을 통해 형성될 수 있다.
도 3c를 참조하면, 본 실시예의 하프톤 마스크(10c)는 일 방향에서 제1 길 이(W1)를 갖는 제1 광차단부(DK1; 16a), 제1 광차단부(16a)에서 일정 거리 이격하며 제2 길이(W4)를 갖는 제2 광차단부(DK2; 16b), 및 제2 광차단부(16b)의 일측면-상기 일측면은 상기 일 방향에서 제1 광차단부(16a)에서 멀리 위치한 제2 광차단부(16b)의 측면임-에 인접하게 배치되는 반투과부(HT1; 17a)를 포함한다.
반투과부(17a)는 제2 광차단부(16b)의 상기 일측면과 소정 간격(G) 이격하도록 형성된다. 상기 소정 간격(G)은 제2 광차단부(16b)와 반투과부(17a)에 대응하는 하부막의 높이 또는 프로파일을 실질적으로 변화시키지 않는 범위 내에서 설정된다. 즉, 반투과부(17a)는 제2 광차단부(16b)에 접하도록 형성되거나 소정 간격(G) 이격하도록 형성될 수 있다.
하프톤 마스크(10c)는 또 다른 반투과부(HT3; 18a)를 포함한다. 또 다른 반투과부(18a)는 제1 광차단부(16a)의 일측면-이 일측면은 상기 일 방향에서 제2 광차단부(16b)에서 멀리 위치한 제1 광차단부(16a)의 측면임-에 접하도록 형성된다.
제1 광차단부(16a)와 제2 광차단부(16b)는 투명기판 또는 투명기재(20) 상의 차광층(또는 차광층 패턴)으로 형성된다. 차광층은 조사되는 광을 투과시키지 않는 재료 및 구조를 포함한다. 차광층은 크롬(Cr)이나 크롬 산화물로 형성될 수 있다. 투명기재(20)는 조사되는 소정 파장대의 광을 완전히 투과시킨다. 투명기재(20)는 석영으로 형성될 수 있다.
반투과부(17a, 18a)는 투명기재(20) 상의 소정의 재료를 설치하여 형성될 수 있다. 반투과부(17a, 18a)는 CrxOy, CrxCoy, CrxCoyNz, SizNy (여기서, 상기 첨자 x, y 및 z는 자연수이고 각 화학 원소의 개수를 의미함) 중 적어도 어느 하나, 바람직하게는, 산소가 포함된 크롬(CrxOy)으로 형성될 수 있다.
본 실시예의 하프톤 마스크(10c)에서는, 두 광차단부(DK1, DK0)의 서로 다른 길이(W1, W2)를 고려하여 상대적으로 길이가 긴 광차단부(DK0)의 일부분을 반투과부(17a)로 대체할 때, 상대적으로 길이가 작은 광차단부(DK1)에 접하는 또 다른 반투과부(HT3; 18a)를 고려하여 본 실시예에서 설치하고자 하는 반투과부(17a)의 길이(W3)를 추가로 조절할 수 있다. 예컨대, 또 다른 반투과부(18a)에 의해 제1 광차단부(DK1)의 하부막의 높이가 조금 낮아지면, 반투과부(17a)의 길이(W4)를 조금 증가시킬 수 있다.
도 3d를 참조하면, 본 실시예의 하프톤 마스크(10d)는 투명기재(20) 상에 설치된 제1 광차단부(DK1; 19a)와 제2 광차단부(DK2; 19b); 및 광차단부(19a, 19b)가 형성되어 있는 투명기재 상에 설치된 제1 및 제2 반투과부(HT1, HT2)를 포함한다. 제1 반투과부(HT1)는 제2 광차단부(19b)의 일측면-제1 광차단부(19a)에서 멀리 위치한 측면-에 접하여 형성되고, 제2 반투과부(HT2)는 제1 광차단부(19a)와 제2 광차단부(19b) 사이에 형성된다.
제1 및 제2 광차단부(19a, 19b)는 석영 등의 투명기재(40) 상에 차광층을 형성하고, 형성된 차광층을 패터닝함으로써 마련될 수 있다. 차광층은 크롬(Cr)이나 크롬 산화물로 형성될 수 있다.
제1 반투과부(HT1)와 제2 반투과부(HT2)는 제1 및 제2 광차단부(19a, 19b)가 형성되어 있는 투명기재(20) 상에 CrxOy, CrxCoy, CrxCoyNz, SizNy (여기서, 상기 첨자 x, y 및 z는 자연수이고 각 화학 원소의 개수를 의미함)로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 재료(17b)를 설치함으로써 마련될 수 있다.
본 실시예의 하프톤 마스크(10d)의 제조과정을 간략히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 투명기재(20) 상에 Cr 또는 CrO2 부재의 광차단층과 포지티브(positive) 성질을 가진 제1 포토레지스트를 순차적으로 형성하고, 제1 포토레지스트의 상측에서 레이저 빔을 조사하여 제1 포토레지스트 상에 원하는 패턴을 드로잉(drawing)한다.
다음, 제1 포토레지스트를 현상하여 레이저 빔이 조사된 부분을 제거한다. 그리고, 제1 포토레지스트의 제거에 의해 외부로 노출된 광차단층을 식각하여 제1 광차단부(19a) 및 제2 광차단부(19b)를 형성한다.
다음, 제1 포토레지스트를 완전히 제거하고, 제1 및 제2 광차단부(19a, 19b)가 형성되어 있는 투명기재(20) 상에 포지티브 성질을 가진 제2 포토레지스트를 형성한다.
다음, 레이저 빔을 조사하여 제2 포토레지스트를 노광하여 형성하고자 하는 반투과부(HT1, HT2)에 대응하는 패턴을 제2 포토레지스트에 드로잉한다. 그리고, 제2 포토레지스트를 현상하여 레이저 빔이 조사된 부분을 제거한다.
다음, 제2 포토레지스트의 제거에 의해 외부로 노출된 투명기재(20)와 남은 제2 포토레지스트 상에 반투과층 재료를 스퍼터링(supttering)하여 소정 균일도와 소정 두께로 코팅한다. 그리고, 남은 제2 포토레지스트와 함께 제2 포토레지스트 위에 형성된 반투과층 재료를 제거한다.
반투과층 재료가 코팅된 부분은 반투과부(HT1, HT2)를 형성한다. 반투과부(HT1, HT2)는 상기 광의 조사량을 감소시킬 수 있으면 되므로 크롬이나 크롬 산화물 이외의 다양한 재료와 구조로 구현될 수 있고, 광투과량에 제한이 있는 것은 아니다. 예컨대, 반투과부(HT1; HT2)는 개략적으로 조사 광의 약 90% 내지 약 10%를 감소시킬 수 있으면 된다.
상기 조사되는 광은 노광기에 따라 그 파장대가 달라질 수 있으므로 별도로 제한되는 것은 아니며, 일반적으로 약 300~400㎚ 파장대가 사용될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 하프톤 마스크의 레이아웃과 그에 대응하는 하부막의 프로파일을 나타낸 도면들이다.
도 4a에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 하프톤 마스크(10e)를 이용하여 패터닝된 하부막의 두 영역(21, 22)의 각각의 높이(또는 두께)(H3, H4)는 실질적으로 동일하다. 실제로, 두 하부막 영역의 두께(H3, H4)는 약 3.65㎛에서 -0.01㎛ 내지 0.01㎛의 높이 차이를 가질 정도로 실질적으로 동일하였다. 하부막의 두 영역(21, 22)은 하프톤 마스크(10e)의 제1 광차단부(DK1)와 제2 광차단부(DK2)에 각각 대응한다.
이와 유사하게, 도 4b에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 하프톤 마스크(10f)를 이용하여 패터닝된 하부막의 두 영역(23, 24)의 높이(또는 두께)(H5, H6)는 실 질적으로 동일하다. 실제로, 두 하부막 영역의 두께(H5, H6)는 약 2.15㎛에서 -0.01㎛ 내지 0.01㎛의 높이 차이를 가질 정도로 실질적으로 동일하였다. 하부막의 두 영역(23, 24)은 하프톤 마스크(10f)의 제1 광차단부(DK1)와 제2 광차단부(DK2)에 각각 대응한다.
전술한 두 하프톤 마스크(10e, 10f)에 있어서, 제1 광차단부(DK1)의 길이가 W1a에서 W1b로 감소할 때, 제2 광차단부(DK2)의 높이를 조절하기 위한 반투과부(HT1)의 길이는 W3a에서 W3b로 증가하였다. 이처럼, 본 실시예의 하프톤 마스크는 제1 광차단부(DK1)의 길이가 상대적으로 작을 때 반투과부(HT1)의 길이는 상대적으로 크게 형성되고, 제1 광차단부(DK1)의 길이가 상대적으로 클 때 반투과부(HT1)의 길이는 상대적으로 작게 형성된다.
한편, 하프톤 마스크(10e)의 제2 광차단부(DK2)의 길이(W4a)와 반투과부(W3a)의 길이(W3a)의 합(W2)은 또 다른 하프톤 마스크(10f)의 제2 광차단부(DK2)의 길이(W4b)와 반투과부(W3b)의 길이(W3b)의 합과 동일하다. 그것은, 서로 이격하며 서로 다른 길이를 갖는 두 광차단부를 구비한 마스크에 있어서, 두 광차단부 중 상대적으로 길이가 긴 광차단부의 일측면에 본 실시예의 반투과부를 설치하도록 형성되기 때문에 당연하다 할 것이다.
도 5a 내지 도 5g는 본 발명의 하프톤 마스크의 제1 광차단부 및 반투과부의 길이 변화에 따른 제1 및 제2 광차단부의 높이 변화를 나타낸 그래프들이다.
이하의 실시예들에 사용된 하프톤 마스크는 제1 및 제2 광차단부의 길이와 반투과부의 길이가 가변되는 것을 제외하고 도 4a 또는 도 4b에 도시된 하프톤 마 스크(10e 또는 10f)와 실질적으로 동일하다. 아울러, 이하의 설명에서 전술한 제1 광차단부(DK1)에 대응하는 하부막의 두께를 TH_DK1으로 나타내고, 제2 광차단부(DK2)에 대응하는 하부막의 두께를 TH_DK2로 나타내며, 반투과부(HT1)에 대응하는 하부막의 두께를 TH_HT1으로 나타낸다.
도 5a 내지 도 5g에 도시한 바와 같이, 제1 광차단부(DK1)의 길이(W1)가 각각 2㎛, 4㎛, 6㎛, 8㎛, 10㎛, 12㎛ 및 15㎛일 때, 반투과부(HT1)의 길이를 1㎛에서 14㎛까지 1㎛씩 증가시키면서 하부막의 TH_DK1, TH_DK2 및 TH_HT1을 각각 측정하였다.
측정 결과, W1=2㎛일 때, TH_DK1은 약 1.25㎛, W1=4㎛일 때, TH_DK1은 약 2.25㎛, W1=6㎛일 때, TH_DK1은 약 3.10㎛, W1=8㎛일 때, TH_DK1은 약 3.50㎛, W1=10㎛일 때, TH_DK1은 약 3.70㎛, W1=12㎛일 때, TH_DK1은 약 3.80㎛, 및 W1=15㎛일 때, TH_DK1은 약 3.90㎛이었다. TH_HT1은 제1 광차단부(DK1)의 길이(W1)에 거의 무관하게 약 1.1㎛이었다. 그리고, TH_DK2는 반투과부(HT1)의 길이가 1㎛에서 14㎛까지 1㎛씩 증가할 때, 약 3.90㎛에서 1.55㎛까지 감소하였다.
도 5a 내지 도 5g에서 알 수 있듯이, 제1 광차단부(DK1)의 길이(W1)가 특정 크기를 가질 때, TH_DK1과 TH_DK2를 동일하게 할 수 있는 반투과부(HT1)의 특정 길이가 존재함을 알 수 있다.
한편, 도면에 도시하지는 않았지만, W1이 2㎛보다 작으면, 반투과부(HT1)의 길이를 14㎛ 내지 15㎛ 범위에서 14㎛보다 조금(예컨대, 약 0.02~0.03㎛ 정도) 크게 하여 TH_DK1과 TH_DK2를 동일하게 할 수 있다.
그리고, 일례로써 하부막의 최대 설정 높이가 약 25㎛일 때, W1이 15㎛ 이상이면, W1이 15㎛를 초과하는 높이만큼 반투과부(HT1)의 길이를 약 2㎛보다 조금씩(예컨대, 약 0.01~0.03㎛ 정도) 작게 하여 TH_DK1과 TH_DK2를 동일하거나 유사하게 할 수 있다.
전술한 실험예는 특정 광을 이용한 특정 노광기에서 소정의 디포커스 값을 갖는 일 실시예에 불과하며, 조사되는 광의 파장대와 노광기의 종류, 디포커스 정도에 따라 형성하고자 하는 하부막의 높이와 함께 하프톤 마스크의 제1 광차단부(DK1)의 길이와 반투과부(HT1)의 길이를 일정 범위 내에서 조절할 수 있음은 당연하다 할 것이다.
도 6은 본 발명의 하프톤 마스크의 제1 광차단부와 반투과부의 길이 관계를 나타낸 그래프이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 전술한 실시예들의 각각의 하프톤 마스크에 있어서, 제1 광차단부(DK1)의 길이와 반투과부(HT1)의 길이는 반비례 관계를 갖는다.
실제로, 도 6의 그래프는 도 5a 내지 도 5g의 실험 결과를 포함하는 것으로써, 본 실시예의 하프톤 마스크를 이용하는 막 형성 공정에 있어서, 서로 이격하며 서로 다른 길이를 갖는 두 광차단부의 하부에 동일한 높이의 막을 형성하기 위해서는, 두 광차단부 중 상대적으로 큰 길이를 갖는 광차단부의 일부분을 반투과부로 대체 형성할 때, 상대적으로 작은 길이를 갖는 광차단부(DK1)의 길이의 크기에 반비례하여 반투과부의 길이를 소정 범위(도 6의 그래프에서 빗금 친 부분)에서 형성함으로써, 목적하는 두 하부막 영역의 높이를 일정하게 할 수 있음을 보여준다.
도 7a는 본 발명의 막 형성 방법을 적용한 유기전계발광 표시장치의 예를 설명하기 위한 화소 회로도이다. 도 7b는 도 7a의 화소 회로를 구현한 화소 구조의 일례에 대한 평면도이다.
도 7a를 참조하면, 능동 매트릭스 방식의 유기전계발광 표시장치는 기본적으로 두 개의 트랜지스터(T1, T2) 및 하나의 커패시터(Cst)를 포함한다. 즉, 스캔 라인(Sn)상의 선택 신호에 응답하여 데이터 라인(Dm)상의 데이터 신호를 전달하는 스위칭 트랜지스터(T1), 스위칭 트랜지스터(T1)를 통해 수신되는 데이터 신호를 저장하기 위한 커패시터(Cst), 전원선(VDD)에 연결되어 커패시터(Cst)에 저장된 데이터 신호에 따라 구동 전류를 발생시키는 구동 트랜지스터(T2), 및 구동 전류에 따라 발광 동작을 수행하는 유기발광다이오드(OLED)를 포함한다.
도 7b를 참조하면, 유기전계발광 표시장치의 각 트랜지스터(T1, T2)는 반도체층(111), 게이트 전극(112), 소오스/드레인 전극(113a, 113b)을 각각 구비한다. 커패시터(Cst)는 서로 대향하는 하부 전극(120a)과 상부 전극(120b)를 구비한다. 구동 트랜지스터(T2)의 일측의 소오스/드레인 전극(113b)은 제1 전극(130)에 연결된다. 유기발광다이오드는 제1 전극(130)과 제2 전극(또는 그라운드 전극) 사이에 직렬로 연결된다.
전술한 화소 구조를 구비한 유기전계발광 표시장치를 제조할 때, 제1 전극(130)의 상부에 화소정의막을 형성하게 된다. 이때, 전술한 실시예들 중 어느 하나의 하프톤 마스크를 이용하면, 적어도 일 방향에서 화소 영역에 인접한 두 화소정의막의 높이를 일정하게 형성할 수 있다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 막 형성 방법을 적용한 유기전계발광 표시장치의 주요 제조공정을 설명하기 위한 공정 순서도이다.
도 8a에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 하프톤 마스크(10g)를 이용하여 기판 구조물에 화소정의막을 형성할 수 있다. 즉, 기판 구조물 상부에 위치한 제1 전극(130)의 일부 영역을 노출시켜 화소 영역으로 이용할 수 있도록 기판 구조물 상에 도포된 화소정의막 형성용 재료(128a)를 하프톤 마스크(10g)를 통해 노광한다.
기판 구조물은 예컨대 유리 또는 플라스틱 재질의 절연성 기판(100) 상에 버퍼층(미도시), 반도체층(111), 게이트 절연막(120), 게이트 전극(112), 층간절연막(122), 층간절연막(122)을 관통하여 반도체층(111) 양단의 소오스/드레인 영역과 연결되는 소오스/드레인 전극(113a, 113b), 보호막(124), 평탄화막(126), 평탄화막(126)과 보호막(124)을 관통하여 일측의 소오스/드레인 전극(113b)과 연결되는 제1 전극(130)이 순차적으로 형성되어 마련될 수 있다.
도 8b에 도시한 바와 같이, 하프톤 마스크(10g)를 이용해 자외선 광을 선택적으로 투과시켜 마련한 화소정의막(128)에 있어서, 유기막층(도 8c의 150 참조)이 형성될 화소 영역의 양측에 위치하는 두 영역의 높이(H7, H8)는 실질적으로 동일하게 된다.
다음, 도 8c에 도시한 바와 같이, 화소 영역이 노출되어 있는 화소정의막(128)을 구비한 구조 상에 원하는 구조와 패턴의 유기막층(150)과 제2 전극(170)을 형성한다. 이때, 화소 영역 양측에서 높이가 실질적으로 동일한 화소정의막(128)을 이용하면, 유기막층(150)을 위한 유기물을 증착할 때나 유기막층(150)이 형성된 구조 상의 제2 전극(170)을 위한 전극을 증착할 때 증착 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예의 하프톤 마스크를 이용하면, 신뢰성 및 내구성이 우수한 유기전계발광 표시장치를 제조할 수 있다.
전술한 발명에 대한 권리범위는 이하의 특허청구범위에서 정해지는 것으로써, 명세서 본문의 기재에 구속되지 않으며, 청구범위의 균등 범위에 속하는 변형과 변경은 모두 본 발명의 범위에 속할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예와의 비교를 위한 마스크 레이아웃과 이러한 마스크를 이용하여 형성되는 하부막을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예의 하프톤 마스크 레이아웃과 이러한 하프톤 마스크를 이용하여 형성되는 하부막을 설명하기 위한 도면.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 채용가능한 하프톤 마스크를 설명하기 위한 도면들.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 하프톤 마스크의 레이아웃과 그에 대응하는 하부막의 프로파일을 나타낸 도면들.
도 5a 내지 도 5g는 본 발명의 하프톤 마스크의 제1 광차단부 및 반투과부의 길이 변화에 따른 제1 및 제2 광차단부의 높이 변화를 나타낸 그래프들.
도 6은 본 발명의 하프톤 마스크의 제1 광차단부와 반투과부의 길이 관계를 나타낸 그래프.
도 7a는 본 발명의 막 형성 방법을 적용한 유기전계발광 표시장치의 예를 설명하기 위한 화소 회로도.
도 7b는 도 7a의 화소 회로를 구현한 화소 구조의 일례에 대한 평면도.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 막 형성 방법을 적용한 유기전계발광 표시장치의 주요 제조공정을 설명하기 위한 공정 순서도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10, 10a ~ 10g : 하프톤 마스크
13a, 13b, 16a, 16b, 19a, 19b : 광차단부
14, 15 : 슬릿
17a, 18a : 반투과부
20 : 투명기재 또는 베이스 기재
21, 22, 23, 24 : 하부막

Claims (20)

  1. 조사되는 광을 차단하고 서로 일정 간격 이격하는 제1 광차단부와 제2 광차단부; 및
    상기 제1 광차단부에서 멀리 위치한 상기 제2 광차단부의 측면에 인접하게 배치되며 상기 광의 조사량을 감소시키는 반투과부를 포함하고,
    상기 제1 광차단부와 상기 제2 광차단부를 지나는 직선 상에서, 상기 제2 광차단부의 제2 길이와 상기 반투과부의 제3 길이의 합은 상기 제1 광차단부의 제1 길이보다 큰 하프톤 마스크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반투과부의 제3 길이는 상기 합의 범위 내에서 상기 제1 광차단부의 제1 길이의 크기에 반비례하는 크기를 구비하는 하프톤 마스크.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광차단부와 상기 제2 광차단부 사이에 상기 광을 모두 투과시키는 광투과부 또는 또다른 반투과부를 구비하는 하프톤 마스크.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 반투과부와 상기 또 다른 반투과부는 서로 다른 광투과율을 구비하는 하프톤 마스크.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 반투과부는 상기 제2 광차단부와 동일한 재료로 이루어지며, 슬릿을 구비하는 하프톤 마스크.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광차단부 및 상기 제2 광차단부는 투명기재 상에 배치된 차광층을 포함하는 하프톤 마스크.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 차광층은 크롬(Cr) 또는 크롬산화물을 포함하는 하프톤 마스크.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 반투과부는 상기 투명기재 상에 설치된 CrxOy, CrxCoy, CrxCoyNz, SizNy (상기 첨자 x, y 및 z는 자연수이고 각 화학 원소의 개수를 의미함) 중 어느 하나를 포함하는 하프톤 마스크.
  9. 조사되는 광을 차단하고 서로 일정 간격 이격하는 두 광차단부들을 베이스 기재에 형성하는 단계; 및
    상기 두 광차단부들을 지나는 직선 상에서, 상기 두 광차단부들의 길이가 서로 다르면, 큰 길이를 가진 광차단부의 타측-상기 타측은 작은 길이를 가진 광차단부에서 멀이 위치한 상기 큰 길이의 광차단부의 끝단임-에 인접한 상기 큰 길이를 가진 광차단부의 일부분을 상기 광의 조사량을 감소시키는 반투과부로 대체하는 단계를 포함하는 하프톤 마스크 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 반투과부의 길이는 상기 반투과부로 그 일부가 대체된 상기 큰 길이의 광차단부의 길이와 상기 반투과부의 길이의 합의 범위 내에서 상기 작은 길이의 광차단부의 길이의 크기에 반비례하는 크기로 형성되는 하프톤 마스크 제조방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 두 광차단부들 사이에 광투과부 또는 또 다른 반투과부가 형성되는 하프톤 마스크 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 두 광투과부는 서로 다른 광투과율을 구비하도록 형성되는 하프톤 마스크 제조방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 반투과부는 슬릿 구조를 구비하도록 형성되는 하프톤 마스크 제조방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 두 광차단부들은 투명기재 상에 차광층을 설치하여 형성되는 하프톤 마스크 제조방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 차광층은 크롬 또는 크롬산화물로 형성되는 하프톤 마스크 제조방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 반투과부는 상기 투명기재 상에 설치된 CrxOy, CrxCoy, CrxCoyNz, SizNy (상기 첨자 x, y 및 z는 자연수이고 각 화학 원소의 개수를 의미함) 중 어느 하나의 재료로 형성되는 하프톤 마스크 제조방법.
  17. 조사되는 광을 차단하고 서로 일정 간격 이격하는 두 광차단부들을 베이스 기재에 형성할 때, 상기 두 광차단부들을 지나는 직선 상에서, 두 광차단부들 중 큰 길이의 광차단부의 타측-상기 타측은 작은 길이의 광차단부에서 멀리 위치한 상기 큰 길이의 광차단부의 한쪽 끝단임-에 인접한 상기 큰 길이의 광차단부의 일부 분을 상기 광의 조사량을 감소시키는 반투과부로 대체하여 하프톤 마스크를 마련하는 단계;
    상기 하프톤 마스크를 이용하여 기판 상에 형성되어 있는 하부 막에 광을 조사하는 단계; 및
    상기 하부 막을 현상하여 상기 작은 길이의 광차단부에 대응하는 하부 막의 높이와 그 일부가 상기 반투과부로 대체된 상기 광차단부의 나머지 부분에 대응하는 하부 막의 높이를 동일하게 형성하는 단계를 포함하는 막 형성 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 반투과부의 길이는 상기 반투과부로 그 일부가 대체된 상기 큰 길이의 광차단부의 길이와 상기 반투과부의 길이의 합의 범위 내에서 상기 작은 길이의 광차단부의 길이의 크기에 반비례하는 크기로 형성되는 막 형성 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 하부 막은 감광성 고분자 재료로 형성되는 막 형성 방법.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 하부 막으로서, 유기전계발광 표시장치의 픽셀 전극의 일부를 노출시키도록 상기 픽셀 전극이 형성된 기판 상부를 덮는 화소정의막을 형성하는 단계를 포함하는 막 형성 방법.
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