KR101363110B1 - 컬러필터 기판의 제조 방법 및 그를 위한 적외선 소성 장치 - Google Patents

Abstract

열 전달 특성이 빠른 적외선 조사 방식을 이용해 포스트 베이크 공정을 대체하고, 이를 통해 수율 및 생산 효율을 높일 수 있는 컬러필터 기판의 제조 방법 및 그를 위한 적외선 소성 장치가 제공된다. 컬러필터 기판의 제조 방법은 기판의 전면에 컬러 레지스트를 증착하는 단계, 기판 위에 마스크를 위치시킨 후 노광하는 단계, 노광된 컬러 레지스트층을 현상하여 컬러필터 패턴을 형성하는 단계, 기판에 적외선을 조사하여 컬러필터 패턴을 경화하는 단계를 포함한다. 적외선 소성 장치는 주몸체부, 주몸체부의 내부 공간 상에 서로 마주보도록 설치되어 기판에 적외선을 조사하는 적외선 방사 히터, 주몸체부의 내벽에 설치되어 적외선 방사 히터로부터 방사되는 적외선을 집속시키는 적외선 반사체, 기판의 가열 시 배출되는 가스를 외부로 배출시키기 위한 배기부, 기판의 가열 시간을 제어하는 제어부를 포함한다.

컬러필터 기판, 소성, 포스트 베이크, 적외선 경화

Description

컬러필터 기판의 제조 방법 및 그를 위한 적외선 소성 장치{Manufacturing method of color filter substrate and infrared heating apparatus for the same}

도 1a 내지 도 1e는 종래 기술에 따른 컬러필터 기판의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 컬러필터 기판의 구성도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 컬러필터 기판의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 4a 내지 도 4g는 도 3의 각 단계를 보다 세부적으로 설명하기 위한 도면이다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 컬러필터 기판의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 소성 장치의 구성도이다.

도 7은 도 6의 일부가 변형된 경우를 설명하기 위한 도면이다.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

100: 컬러필터 기판 110: 블랙 매트릭스

120: 컬러필터층 130: 오버 코팅막

본 발명은 컬러필터 기판의 제조 방법 및 그를 위한 적외선 소성 장치에 관한 것이다.

최근, 반도체 기술의 급속한 진보에 의하여 각종 전자 장치의 저전압화 및 저전력화와 함께 전자 기기의 소형화, 박형화 및 경량화의 추세에 따라 새로운 환경에 적합한 평판 표시 장치(FPD: Flat Panel Display)의 중요성이 증대되는 추세이다. 이에 따라 액정 표시 장치(LCD: Liquid Crystal Display), 플라즈마 표시 장치(PDP: Plasma Display Panel), 유기 이엘 표시 장치(OELD: Organic ElectroLuminiscent Display) 등 여러 종류의 평판 표시 장치가 개발되고 있다.

이 중, 액정 표시 장치 등 일부 평판 표시 장치는 색상을 구현하기 위하여 적색, 녹색, 청색의 3원색에 해당하는 세 종류의 컬러 필터를 포함하는 컬러필터를 구비하고, 각각의 컬러필터를 투과해 나오는 빛을 혼합하여 다색이나 자연색을 표현하게 된다.

도 1a 내지 도 1e는 종래 기술에 따른 컬러필터 기판의 제조 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 액정 표시 장치에 구비되는 컬러필터를 예시하고 있다.

먼저, 도 1a에 도시된 것처럼, 투명한 기판(10) 상에 화소 영역이 정의되고, 화소 영역 간의 빛샘을 차단하기 위한 블랙 매트릭스(11)가 형성된다.

이후, 도 1b에 도시된 것처럼, 블랙 매트릭스(11)를 포함한 기판(10)의 전면 을 덮도록 컬러 레지스트(12)가 도포된다.

다음으로, 도 1c에 도시된 것처럼 마스크(13)를 사용하여 컬러 레지스트(12)를 노광하면, 해당색의 컬러필터 패턴, 예를 들면, 적색(R)의 컬러필터 패턴이 형성된다.

이후, 후속적으로 현상, 건조 및 세정 공정을 거쳐서 도 1d에 도시된 바와 같은 적색 컬러필터(12R)가 형성된다.

이후, 도 1b 내지 도 1d와 같은 공정을 반복 수행함으로써, 도 1e에 도시된 것처럼 기판(10) 상에 녹색(G) 및 청색(B) 컬러필터(12G, 12B)가 각각 형성된다.

이와 같이, 3색의 컬러필터(12R, 12G, 12B)를 형성하기 위해서는, 각각의 컬러필터(12R, 12G, 12B)에 대해 세정(Clean), 증착(Coating), 노광(Expose), 현상(Develop), 포스트 베이크(Post-bake) 등의 공정을 거쳐야 한다.

즉, 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 순서로 컬러필터를 형성한다고 하면, 가장 먼저 형성되는 적색(R) 컬러필터(12R)의 경우 총 세 번의 포스트 베이크 공정을 거치게 되고, 두 번째로 형성되는 녹색(G) 컬러필터(21G)의 경우 두 번의 포스트 베이크 공정을 거치게 된다.

따라서, 동일한 공정을 수 회(3번 이상) 반복해야 함에 따라 컬러 필터 기판을 제조하기 위한 클린 룸(Clean Room) 공간 및 이의 운영 비용, 장비 투자비, 제조 시간, 생산 효율 등이 수 배로 소모되는 문제점이 있다.

한편, 포스트 베이크 공정은 각각의 컬러필터 패턴(21R, 21G, 21B)에서 휘발성 용제를 휘발시킴으로써 패턴을 경화시켜 형상을 안정화하기 위한 것으로, 챔 버(Chamber) 내에 기판(10)을 인입시킨 후, 인입된 기판(10)의 온도를 열 대류 방식으로 상승시키는 방식으로 수행된다.

그런데, 열 대류 방식을 이용한 포스트 베이크 공정은 챔버 내에서 대류 매개체가 되는 가스가 사용되어야 하고, 기판(10)을 일정 온도(예를 들면, 230˚이하)까지 높이기 위해 상당히 긴 시간(예를 들면, 30분 이상)을 필요로 한다는 문제점이 있다.

특히, 한 챔버가 다단으로 구성되어 있어, 복수의 기판(10)을 한 챔버 내에 투입하고, 투입된 기판(10)에 대한 포스트 베이크 공정을 한 번에 수행하게 되는 경우, 온도 상승에 필요한 시간이 큰 폭으로 증가하게 되고, 각 단에 기판(10)을 투입하거나 그로부터 배출시키기 위해 반송 로봇이 사용되어야 하는 불편이 있다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 열 전달 특성이 빠른 적외선 조사 방식을 이용해 포스트 베이크 공정을 대체할 수 있는 컬러필터 기판의 제조 방법 및 그를 위한 적외선 소성 장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 클린 룸(Clean Room) 공간 및 이의 운영 비용, 장비 투자비, 제조 시간을 절감하고, 이를 통해 수율 및 생산 효율을 높일 수 있는 컬러필터 기판의 제조 방법 및 그를 위한 적외선 소성 장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 여러 기판에 대한 포스트 베이크 공정을 한 번에 수행할 때, 반송 로봇이 불필요하고, 장비 가동률이 높은 컬러필터 기판의 제조 방법 및 그를 위한 적외선 소성 장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 컬러필터 기판의 제조 방법은 기판의 전면에 컬러 레지스트를 증착하는 단계와, 상기 기판 위에 마스크를 위치시킨 후 노광하는 단계와, 상기 노광된 컬러 레지스트층을 현상하여 컬러필터 패턴을 형성하는 단계와, 상기 기판에 적외선을 조사하여 상기 컬러필터 패턴을 경화하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 컬러필터 기판의 제조 방법은 기판의 전면에 제1 컬러 레지스트를 증착하는 단계와, 상기 기판을 노광하는 단계와, 상기 노광된 제1 컬러 레지스트층을 현상하여 제1 컬러필터 패턴을 형성하는 단계와, 상기 기판의 전면에 제2 컬러 레지스트를 증착하는 단계와, 상기 기판을 노광하는 단계와, 상기 노광된 제2 컬러 레지스트층을 현상하여 제2 컬러필터 패턴을 형성하는 단계와, 상기 기판에 최종 소성시간 동안 적외선을 조사하여 상기 제2 컬러필터 패턴을 경화하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명의 일 측면에 적외선 소성 장치는 일측에는 피가열물이 되는 기판을 인입하기 위한 입구부가 마련되고, 타측에는 가열된 기판을 배출하기 위한 출구부가 마련되어 있는 주몸체부와, 상기 기판의 상부와 하부에 각각 위치하며, 상기 주몸체부의 내부 공간 상에 서로 마주보도록 설치되어 상기 기판에 적외선을 조사하는 적외선 방사 히터와, 상기 주몸체부의 내벽에 설치되어 상기 적외선 방사 히터로부터 방사되는 적외선을 집속시키는 적외선 반사체와, 상기 기판의 가열 시 배출되는 가스를 외부로 배출시키기 위한 배기부와, 상기 기판의 가열 시간을 제어하는 제어부를 포함한다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하, 본 발명의 실시예들에 따른 컬러필터 기판의 제조 방법 및 그를 위한 적외선 소성 장치에 대하여 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 컬러필터 기판의 구성도로서, 액정 표시 장치에 사용되는 컬러필터 기판의 구성을 예시하고 있다.

도 2를 참조하면, 컬러필터 기판(100)은 블랙 매트릭스(110), 컬러필터층(120), 오버 코팅막(130), 투명 전극층(140) 등을 포함한다.

컬러필터 기판(100)에서 가장 먼저 제작되는 층은 차광층으로 사용되는 블랙 매트릭스(110)이다. 블랙 매트릭스(110)는 화소 영역들의 경계 부근에 설치되어 각 화소 영역에 대응하도록 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 컬러필터(120R, 120G, 120B)를 스트라이프(Stripe) 등 일정한 패턴으로 분리하고, 화소 외 영역의 빛을 차단하여 대비비(C/R: Contrast Ratio)를 향상시키는 역할을 한다.

이러한 블랙 매트릭스(110)의 재질로는 크롬(Cr)이나 크롬 산화막(Cr₂O₃) 등의 불투명 금속, 또는 빛을 흡수하는 흑색 수지 계열의 물질이 사용될 수 있다.

각각의 화소 영역과 대응되는 부분에는 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 컬러필터(120R, 120G, 120B)로 이루어져 색상을 표현하는 컬러필터층(120)이 형성된다.

컬러필터층(120)의 상부에는 평탄화를 위한 오버 코팅막(130), 전계를 형성하거나 균일한 전계를 구현하기 위한 투명 전극층(140) 등이 추가로 형성될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 컬러필터 기판의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 그리고, 도 4a 내지 도 4g는 도 3의 각 단계를 보다 세부적으로 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조하면, 컬러필터 기판(100)의 제조 방법은 블랙 매트릭스(110)를 형성하는 단계(S100), 컬러필터층(120)을 형성하는 단계(S110, S120, S130), 후속 공정을 수행하는 단계(S140)를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 컬러필터 기판(100)의 제조 방법에서, 컬러필터층(120)을 이루는 패턴의 종류와 패턴 형성 순서는 한정되어 있지 않지만, 편의상, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 컬러필터(120R, 120G, 120B)가 차례대로 제작된다 고 가정한다.

각각의 컬러필터(120R, 120G, 120B)를 형성하기 위한 단계(S110 내지 S130)는 세정(Clean), 증착(Coating), 노광(Expose), 현상(Develop), 경화(Cure), 검사(Inspection) 공정이 반복적으로 이루어진다.

도 4a 내지 도 4g를 참조하여, 적색(R)의 컬러필터 패턴(120R)이 형성되는 과정을 보다 자세히 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 적색(R)의 컬러 레지스트층(121)을 증착하기 이전에, 도 4a에 도시된 것처럼 세정 공정을 통해 투명한 절연 기판(100)을 세정한 후, 도 4b에 도시된 것처럼 프리 베이크(Pre-bake) 공정을 통해 세정된 기판(100)의 습기를 제거한다.

세정 공정은 초기 투입이나 공정 중에 기판(100)이나 그 상부에 형성된 막 표면의 오염, 이물(Particle)을 사전에 제거하여 불량이 발생하지 않도록 하고, 이후 증착될 박막의 접착력 강화와 특성 향상을 목적으로 한다.

도 2와 같은 액정 표시 장치용 컬러필터 기판이 제조되는 경우, 컬러필터층(120R)이 형성되기 이전에 기판(100) 상에는 화소 영역을 정의하는 일정한 패턴의 블랙 매트릭스(110)가 형성되어 있다.

다음으로, 도 4c에 도시된 것처럼 기판(100)의 전면에 적색(R)의 컬러 레지스트층(121)이 증착된다.

컬러 레지스트층(121)은 스핀 코팅(Spin Coating) 방식 또는 슬릿 노즐(Slit Nozzle)을 이용해 기판(100) 상에 도포될 수 있다. 스핀 코팅 방식은 컬러 레지스트의 소모량은 많지만 두께 균일성이 우수하기 때문에 가장 많이 사용되며, 기 판(100)의 크기가 스핀 코팅을 할 수 없을 정도로 커진 경우 슬릿 코팅 방법 등 다른 방법을 사용할 수 있다.

그 후, 도 4d 및 도 4e에 도시된 것처럼 노광 및 현상 공정을 수행하여 적색(R)의 컬러필터 패턴(120R)을 형성한다. 즉, 기판(100) 위에 마스크(Mask)를 위치시킨 후 컬러 레지스트층(121)을 노광하여 마스크(Mask)에 그려진 패턴을 기판(100) 위에 전사시킨 후, 노광된 컬러 레지스트층(121)을 현상하는 공정을 통해 적색(R)의 컬러필터 패턴(120R)이 형성된다.

컬러 레지스트층(121)에 네거티브 감광제를 이용하는 경우, 노광되지 않는 부분이 현상액으로 제거된다. 현상은 디핑(dipping), 푸들(puddle), 샤워 스프레이(shower spray) 방법 등이 사용되며, 현상 후에는 도 4f에 도시된 것처럼, 적외선 경화(Infrared Rays Cure) 공정을 통해 기판(100) 상에 적외선을 조사함으로써 열을 가하여 컬러필터 패턴(120R)을 경화한다.

다음으로 도 4g에 도시된 것처럼, 컬러필터 패턴(120R)이 형성된 기판(100)을 검사하여 단위 공정의 완성도를 확인한다.

이후, 녹색(G)의 컬러 레지스트를 이용해 도 4a 내지 도 4e에 나타난 세정, 프리 베이크, 증착, 노광, 현상, 적외선 경화, 검사 공정을 반복적으로 수행하여 기판(100) 상에 녹색(G)의 컬러필터 패턴(120G)을 형성하게 된다.

도 4d의 노광 공정 시, 동일한 패턴으로 설계된 마스크(Mask)를 화소 영역의 이격 거리(Pitch)만큼 이동시켜 노광시킨 후 현상하는 방법이 이용될 수 있다.

이러한 공정을 통해 녹색(G)의 컬러필터 패턴(120G)을 형성한 경우, 도 4f에 도시된 바와 같이, 적외선 경화 공정으로 녹색(G)의 컬러필터 패턴(120G)을 다시 고착화시키고 검사 공정을 수행한다.

이후, 청색(B)의 컬러 레지스트를 사용하여 전술한 공정을 다시 진행하여 반복하면, 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 컬러필터 패턴(120R, 120G, 120B)이 모두 완성된다.

스트라이프(Stripe) 형태로 형성되는 컬러필터 패턴(120R)은 화소 영역 간을 구분해 주는 블랙 매트릭스(110)에서 서로 겹치지 않는 수준으로 형성해주면 된다. 블랙 매트릭스(110)의 폭은 15㎛ 이상으로 넓기 때문에, 컬러필터 패턴(120R, 120G, 120B)의 형성 시 박막 트랜지스터 어레이 수준의 패턴 정밀도가 요구되지는 않는다.

상술한 바와 같이, 종래 기술의 경우에는, 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 컬러필터 패턴을 형성하기 위해서, 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 컬러 레지스트층 각각에 대하여 열 대류 방식을 이용한 포스트 베이크 공정을 거쳐야 한다.

따라서, 동일한 공정이 3회 반복되어야 하고, 컬러필터 패턴을 경화시키는데 상대적으로 긴 시간이 필요하다는 문제점이 있었다. 또한, 포스트 베이크 공정을 거치면서 생길 수 있는 이물(Particle)에 의한 외부 오염을 제거하기 위해 매 단계마다 세정(Pre-clean) 공정을 필수적으로 거쳐야 하는 불편이 있다.

이러한 종래의 포스트 베이크 공정이 적외선을 이용해 기판(100) 상의 컬러필터 패턴(120R, 120G, 120B)을 직접 소성시키는 적외선 경화 공정으로 대체되면, 열 대류 방식에 비해 소성시간이 대폭 단축될 수 있다.

한편, 포스트 베이크 공정으로 인한 기판(100)에 생기는 이물의 발생 가능성이 적어지므로, 세정 공정도 선택적으로 추가할 수 있다.

적외선 경화 공정 시, 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 컬러 레지스트층(121)에 대하여 동일한 소성시간을 부여하는 대신, 첫 번째와 두 번째로 형성되는 적색(R), 녹색(G)의 컬러필터 패턴(120R, 120G)은 이후의 현상 공정에 견딜 수 있을 정도의 소성시간만을 부여한다. 그리고, 마지막으로 형성되는 청색(B) 컬러필터 패턴(120B)의 소성 시 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 컬러필터 패턴(120R, 120G, 120B)의 소성이 충분히 이루어지도록 하여 전체적인 공정 시간을 단축할 수 있다.

여기서, 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 컬러 레지스트층(121) 각각이 갖는 현상 특성의 차이에 따라 증착 순서가 결정되고, 적외선 경화 공정의 반복 횟수를 줄일 수 있다.

예를 들어, 적색(R)의 컬러필터 패턴(120R)의 경우, 현상 마진(Margin)이 우수하면, 소성을 위한 1차 적외선 경화 공정을 거치지 않더라도, 녹색(G) 컬러필터 패턴(120G)의 현상 공정 시 패턴 특성을 유지할 수 있다.

또한, 청색(B) 컬러필터 패턴(120B)의 현상 공정에서, 적색(R) 및 녹색(G) 컬러필터 패턴(120R, 120G)의 소성 공정(1차 및 2차 적외선 경화 공정) 없이 후속적으로 수행되는 현상 공정에서 청색(B) 컬러필터 패턴(120B)과 함께 패턴 특성을 유지할 수도 있다. 따라서, 현상 공정을 지나 최종적으로 3차 적외선 경화 공정 및 검사 공정을 거쳐 3색의 컬러필터 패턴(120R, 120G, 120B)을 한 번에 경화하여 완성할 수도 있다.

도 2와 같은 액정 표시 장치용 컬러필터 기판을 제조하는 경우, 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 컬러필터 패턴(120R, 120G, 120B)을 포함한 기판(100)의 전면을 덮어 평탄화하는 오버 코팅막(130)과, 그 상부에 증착된 투명 전극층(140), 차후 합착되는 어레이 기판과의 셀 갭(Cell Gap)을 균일하게 유지하기 위한 컬럼 스페이서(Column Spacer)(도시되지 않음) 등을 형성하는 후속 공정이 추가될 수 있다.

이때, 컬러필터 기판의 제조 비용을 낮추기 위해 컬러필터 패턴(120R, 120G, 120B)이 양호한 테이퍼(Taper) 각을 갖도록 형성하여 오버 코팅막(130)의 형성 공정을 생략할 수도 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 컬러필터 기판의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.

기본적으로, 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 컬러필터 패턴(120R, 120G, 120B)이 차례로 형성되는 경우, 적색(R)의 컬러필터 패턴(120R)을 형성한 이후에 1차 적외선 경화 공정을 통해 기판(100)에 제1 중간 소성시간 동안 적외선을 조사하여 적색(R)의 컬러필터 패턴(120R)을 경화한다.

그리고, 녹색(G)의 컬러필터 패턴(120G)을 형성한 이후에 2차 적외선 경화 공정을 통해 기판(100)에 제2 중간 소성시간 동안 적외선을 조사하여 녹색(G)의 컬러필터 패턴(120G)을 경화한다.

마찬가지로, 청색(B)의 컬러필터 패턴(120B)을 형성한 이후에 3차 적외선 경화 공정을 통해 청색(B)의 컬러필터 패턴(120B)을 경화한다.

도 3 및 도 5를 참조하면, 기본 공정을 변형하여 각각의 컬러필터 패 턴(120R, 120G, 120B)이 후속적으로 수행되는 현상 공정에서 현상액에 대한 최소 마진(Margine)만을 확보할 수 있도록 컬러 레지스트층(121)의 종류별로 소성시간을 달리하거나 중간의 소성 공정 자체를 생략할 수도 있다.

즉, 3색의 컬러필터 패턴(120R, 120G, 120B)이 순서대로 형성되는 경우, 첫 번째와 두 번째로 증착되는 컬러필터 패턴(120R, 120G)은 후속 현상 공정을 견딜 수 있을 정도의 중간 소성시간만을 부여하고, 최종적으로 증착되는 컬러필터 패턴(120B)에서 3색의 컬러필터 패턴(120R, 120G, 120B)에 대한 소성이 충분이 이루어지도록 하여, 전체 공정 시간을 단축할 수 있다.

여기서, 먼저 증착되는 컬러 레지스트층, 예를 들면, 적색(R)의 컬러 레지스트층(121)이 나중에 증착되는 컬러 레지스트층, 예를 들면, 녹색(G) 및 청색(B)의 컬러 레지스트층(121)에 비해 현상 공정 시 패턴의 형상이 유지되는 특성이 강할 때, 공정 효율 및 수율이 보다 향상될 수 있다.

제1 및 제2 중간 소성시간은 적색(R) 및 녹색(G)의 컬러필터 패턴(120R, 120G)의 현상 특성에 따라 최적화될 수 있으며, 후속 현상 공정 시 먼저 증착된 컬러필터 패턴(120R, 120G)이 형상을 유지할 수 있도록 하는 범위 내에서 결정되어야 한다.

최종 소성시간은 먼저 증착되는 적색(R) 및 녹색(G)의 컬러필터 패턴(120R, 120G)은 물론, 가장 나중에 증착되는 청색(B)의 컬러필터 패턴(120B)까지 완전히 경화되는 값으로 결정되어야 하며, 중간 소성시간이 최종 소성시간에 비해 더 짧도록 공정을 설계하는 것이 효율적이다.

한편, 종래의 열 대류 방식을 이용하는 경우, 기판(100) 상의 컬러필터 패턴을 완전히 경화시기 위해서 일례로 챔버(Chamber) 내의 온도를 230˚ 수준으로 올리고, 이를 30분 이상 유지시키는 환경이 필요하였다.

이와 비교하여, 적외선을 직접 조사하는 소성 방식의 경우, 고출력의 가열 특성이 우수한 원적외선을 고출력(예를 들면, 소모전력 기준 1~50kW/㎡급, 표면온도 기준 50∼500℃)으로 방사하여 기판(100)을 균일하게 가열하게 되면, 약 5분(3분∼7분)의 공정으로 동일한 수준의 효과를 얻을 수 있다.

이와 같이, 컬러필터 패턴(120R, 120G, 120B)의 종류별로 소성시간을 달리하거나 해당 공정을 생략함으로써, 컬러 필터 기판의 제조 시간 및 투자비 등을 절감할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 소성 장치의 구성도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 소성 장치(200)는 주몸체부(210), 적외선 방사 히터(220), 적외선 반사체(230), 배기부(240), 제어부(250)를 포함한다.

주몸체부(210)는 직육면체의 상자형 구조 등 내부 공간을 둘러싸는 구조를 가지며, 주몸체부(210)의 일측에 피가열물이 되는 기판(100)을 인입하기 위한 입구부(211)가 마련되고, 타측에 가열된 기판(100)을 배출하기 위한 출구부(212)가 마련되어 있다.

이러한 주몸체부(210)는 입구부(211)를 통해 기판(100)을 받아들이고, 적외선 조사 방식에 의해 인입된 기판(100)을 가열하여 기판(100) 상에 형성되어 있는 컬러필터 패턴(120R, 120G, 120B)을 경화시컨 후, 출구부(212)를 통해 가열된 기판(100)을 배출한다.

주몸체부(210)의 상면에는 기판(100)의 가열 시 배출되는 가스를 외부로 배출시키기 위한 배기부(240)가 설치된다. 또한, 주몸체부(210)의 내부 양측면에는 적외선 방사 히터(220)로부터 방사되는 적외선을 집속시키기 위한 적외선 반사체(230)가 설치된다. 이러한 적외선 반사체(230)는 주몸체부(210)의 내벽에 곡면형으로 설치되는 것이 효율적이다.

적외선 방사 히터(220)는 주몸체부(210)의 내부 공간 상에 서로 마주보도록 일정한 간격으로 설치되어 인입된 기판(100)의 상부와 하부에 각각 위치하게 되며, 주몸체부(210)의 내부로 들어온 기판(100)에 적외선을 조사(照射)한다.

이러한 적외선 방사 히터(220)는 고온으로 가열되어 고출력의 적외선을 방사하는 판넬 형상의 것으로, 그 몸체는 외부로부터 공급된 전기 에너지에 의해 발열하여 판넬의 표면을 고온으로 가열하는 발열체, 발열체의 외곽을 둘러싸도록 설치되어 열의 불필요한 손실을 차단하기 위한 단열재, 적외선의 방사 효율을 높이기 위한 코팅 부재, 적외선 방사 히터(220)의 구조적인 강도 보강 및 보호, 발열체의 고정을 위한 보강 부재 및 고정 부재 등을 포함할 수 있다.

기판(100)이 주몸체부(210)의 내부로 들어오면, 적외선 방사 히터(220)로부터 적외선이 방사되어 기판(100)으로 조사된다. 여기서, 적외선 방사 히터(220)는 가열 특성이 우수한 원적외선을 고출력, 예를 들면, 소모전력 기준 1~50kW/㎡, 표면온도 기준 50∼500℃)으로 약 5분(3분∼7분) 정도 방사하여 주몸체부(210)의 내 부에서 일정 방향으로 이동하는 기판(100)을 비접촉식으로 균일하게 가열하게 된다.

따라서, 대면적의 기판(100)에 대해서도 비접촉식의 급속, 균일 가열이 가능해 진다.

제어부(250)는 적외선 방사 히터(220)를 제어하여 기판(100)의 가열 시간을 조절하며, 기판(100)의 가열 시간은 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 컬러필터 패턴(120R, 120G, 120B) 각각의 소성 조건에 따라 달라진다. 상술한 도 3의 경우를 예로 들면, 기판(100)의 가열 시간은 1차, 2차, 3차 적외선 경화 공정 중 어느 공정인지에 따라 제1 중간 소성시간, 제2 중간 소성시간, 최종 소성시간으로 설정된다.

이러한 적외선 소성 방식은 에너지 전달 시 전도나 대류를 이용하는 종래의 가열 설비에 비하여 장치의 크기를 전체적으로 축소시킬 수 있고, 에너지 소모량을 절감하는 것이 가능하며, 생산성을 크게 향상시킬 수 있다.

한편, 상술한 바와 같이, 기판(100) 상에 형성되는 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 컬러필터 패턴(120R, 120G, 120B)은 현상 회수에 따른 내 화학성이 높은 컬러 레지스트 순으로 우선 형성한다. 중간 소성시간은 후속 현상 공정 시 기 형성된 컬러필터 패턴(120R, 120G, 120B 중 하나 이상)이 형상을 유지할 수 있도록 하는 범위 내에서 결정된다. 적외선을 이용한 소성 시간은 1차, 2차 중간 소성시간이 최종 소성시간보다 짧도록 배치되는 것이 효율적이다.

그리고, 현상 회수에 따른 내 화학성의 차이에 따라서, 1차, 2차 중간 소성 시간 모두, 혹은 그 중 하나는 선택적으로 생략할 수도 있다.

예를 들어, 제어부(250)는 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 컬러필터 패턴(120R, 120G, 120B)이 형성되어 있는 기판(100)을 최종 소성시간 동안 가열하여 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 컬러필터 패턴(120R, 120G, 120B)을 한 번에 모두 경화하도록 적외선 방사 히터(220)를 제어할 수 있다.

또는, 적색(R), 녹색(G)의 컬러필터 패턴(120R, 120G)이 형성되어 있는 기판(100)을 중간 소성시간 동안 가열하여 이를 경화한 후, 경화된 적색(R), 녹색(G)의 컬러필터 패턴(120R, 120G)과 청색(B)의 컬러 필터 패턴(120B)이 형성되어 있는 기판(100)을 다시 최종 소성시간 동안 가열하여 이를 경화하도록 동작할 수도 있다.

이때, 피가열물이 되는 기판(100)은 매우 얇은 두께를 가지므로, 파손되지 않도록 적절히 가열 시간을 조절한다.

도 7은 도 6의 일부가 변형된 경우를 설명하기 위한 도면이다.

도 7을 참조하면, 한 쌍 이상의 적외선 방사 히터(220a 내지 220d)를 일정한 간격으로 나란히 설치하여 복수의 단을 마련하고, 그 사이의 공간에 복수의 기판(100)을 투입하여 한 번에 가열하도록 적외선 소성 장치(200)를 구성할 수 있다.

이때, 컨베이어(Conveyor)나 엘리베이터(Elevator)를 채용하여 복수의 단을 서로 연결시킴으로써, 전단의 노광기 및 현상기, 후단의 검사기 등과 인라인(In-line)화 시키면, 기판(100)의 투입 및 배출 시 반송 로봇이 불필요하다.

적외선 방사 히터(220)들의 배열 방향을 조절하면, 복수의 단이 (a)와 같이 수평 방향으로 구성되거나, (b)와 같이 수직 방향으로 구성될 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따르면, 열 전달 특성이 빠른 적외선 조사 방식을 이용해 포스트 베이크 공정을 대체할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 클린 룸(Clean Room) 공간 및 이의 운영 비용, 장비 투자비, 제조 시간을 절감하고, 이를 통해 수율 및 생산 효율을 높일 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 여러 기판에 대한 포스트 베이크 공정을 한 번에 수행할 때, 반송 로봇이 불필요하여 공간을 효율적으로 활용할 수 있으며, 장비 가동률을 높일 수 있다.

Claims (19)

1. 삭제
2. 기판의 전면에 제1 컬러 레지스트를 증착한 후 노광하는 단계;

   상기 노광된 제1 컬러 레지스트층을 현상하여 제1 컬러필터 패턴을 형성하는 단계;

   상기 기판에 중간 소성시간 동안 적외선을 조사하여 상기 제1 컬러필터 패턴을 경화하는 단계;

   상기 기판의 전면에 제2 컬러 레지스트를 증착한 후 노광하는 단계;

   상기 노광된 제2 컬러 레지스트층을 현상하여 제2 컬러필터 패턴을 형성하는 단계; 및

   상기 기판에 최종 소성시간 동안 적외선을 조사하여 상기 제1 컬러필터 패턴및 상기 제2 컬러필터 패턴을 동시에 경화하는 단계를 포함하고;

   먼저 증착되는 상기 제1 컬러 레지스트는 나중에 증착되는 상기 제2 컬러 레지스트에 비해 현상 공정 시 패턴의 형상이 유지되는 특성이 강한 것으로 선택되고;

   상기 중간 소성시간은 상기 제2 컬러 레지스트층에 대한 현상 공정 시 상기 제1 컬러필터 패턴의 형상이 유지될 수 있는 범위 내에서 결정되되, 상기 최종 소성시간에 비해 더 짧게 결정되는 것을 특징으로 하는 컬러필터 기판의 제조 방법.
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6. 제2항에 있어서,

   상기 중간 소성시간은,

   3분 이상 7분 이하인 것을 특징으로 하는 컬러필터 기판의 제조 방법.
7. 제2항에 있어서,

   상기 최종 소성시간은,

   상기 제2 컬러필터 패턴이 완전히 경화되는 값으로 결정되는 것을 특징으로 하는 컬러필터 기판의 제조 방법.
8. 삭제
9. 제2항에 있어서,

   상기 제1 컬러 레지스트 및 상기 제2 컬러 레지스트는,

   적색, 녹색, 청색의 컬러 레지스트 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 컬러필터 기판의 제조 방법.
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