KR101574110B1 - 포토 레지스트 조성물 및 이를 이용한 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

포토 레지스트 조성물 및 이를 이용한 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법을 제공한다. 본 발명의 실시예에 따른 포토 레지스트 조성물은 불포화 카르복실산, 불포화 카르복실산 무수물 및 이들의 혼합물 중 어느 하나와 이와 다른 불포화 단량체 화합물을 공중합시켜 형성되는 알칼리 가용성 아크릴 공중합체, 메타크레졸과 파라크레졸로 이루어진 노볼락 수지, 경화제, 아크리딘 화합물 그리고 광산 발생제를 포함한다.
포토 레지스트, 화소 전극, 아크리딘 화합물, 아크릴 공중합체

Description

포토 레지스트 조성물 및 이를 이용한 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법{Photoresist composition and manufacturing method of thin film transistor array panel using the same}
포토 레지스트 조성물 및 이를 이용한 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 평판 표시 장치는 현재 널리 사용되고 있는 표시 장치로서, 액정 표시 장치(Liquid crystal display; LCD)와 유기 발광 표시 장치(Organic light emitting display; OLED) 등 여러 종류가 있다.
이 가운데 액정 표시 장치는 전계 생성 전극이 형성되어 있는 두 장의 표시 기판과 그 사이에 삽입되어 있는 액정층으로 이루어져, 전극에 전압을 인가하여 액정층의 액정 분자들을 재배열시킴으로써 액정층을 통과하는 빛의 투과율을 조절하는 표시 장치이다.
이러한 액정 표시 장치는 유리 기판 상에 세정, 증착, 포토 리소그래피, 식 각 등과 같은 일련의 처리를 함으로써 제조된다.
이 가운데 포토 리소그래피 공정 시스템은 양성 감광막(Positive photoresist)를 이용한 포토 리소그래피 공정 시스템과 음성 감광막(Negative photoresist)를 이용한 포토 리소그래피 공정 시스템으로 구분된다.
여기서, 양성 감광막을 이용한 포토 리소그래피 공정 시스템은 패턴이 형성된 마스크를 통해 양성 감광막을 노광할 경우, 노광된 부분의 폴리머(polymer) 사슬이 끊기는 것으로서, 이렇게 노광된 부분을 제거하여 구동회로 패턴을 형성하는 시스템이다.
그리고, 음성 감광막을 이용한 포토 리소그래피 공정 시스템은 패턴이 형성된 마스크를 통해 음성 감광막을 노광할 경우, 노광된 부분의 폴리머 사슬이 강하게 결합되는 것으로서, 노광되지 않은 부분을 제거하여 구동회로 패턴을 형성하는 시스템이다.
음성 감광막을 이용한 포토 리소그래피 공정 시스템은 미세 패턴을 형성하기 위해 사용되나, 감광막 패턴 프로파일이 역테이퍼 모양을 갖고, 내열성에 취약할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 고내열성 특징을 유지하고, 역테이퍼 모양을 개선할 수 있는 포토 레지스트 조성물 및 이를 이용한 박막 트랜지스터 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 포토 레지스트 조성물은 불포화 카르복실산, 불포화 카르복실산 무수물 및 이들의 혼합물 중 어느 하나와 이와 다른 불포화 단량체 화합물을 공중합시켜 형성되는 알칼리 가용성 아크릴 공중합체, 메타크레졸과 파라크레졸로 이루어진 노볼락 수지, 경화제, 하기 화학식 (1)로 나타나는 아크리딘 화합물 그리고 광산 발생제를 포함한다.
Figure 112009010357436-pat00001
화학식 (1)
상기 화학식 (1)에서 R1 내지 R5는 서로 독립적으로 수소, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소 프로필기, 페닐기, 벤질기 및 페놀기 중 선택된 하나이다.
상기 아크리딘 화합물의 함량은 0.001 중량% 내지 10 중량%일 수 있다.
상기 아크릴 공중합체는 하기 화학식 (2)로 나타나는 화합물을 포함할 수 있다.
Figure 112009010357436-pat00002
화학식 (2)
상기 화학식 (2)에서 R1, R2, R3는 서로 독립적으로 수소, 메틸기, 에틸기, 부틸기, 터트 부틸기, 프로필기, 이소 프로필기, 펜틸기, 사이클로펜틸기, 헥실기, 사이클로헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 페닐기, 하이드록실 페닐기, 메틸페닐기, 다이메틸페닐기, 벤질기, 글리시딜기, 다이 글리시딜기 및 하이드록시 에틸기 중 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 아크릴 공중합체의 함량은 1 중량% 내지 50 중량%일 수 있다.
상기 광산 발생제는 트리아진 화합물을 0.01 중량% 내지 10 중량% 포함할 수 있다.
상기 트리아진 화합물은 2-(Methoxyphenyl)-4, 6-bis-(trichloromethyl)-s-triazine 또는 2-[2-(3, 4-Dimethoxyphenyl)ethenyl]4, 6-bis(trichloromethyl)-s-triazine 일 수 있다.
상기 경화제는 헥사메톡시메틸멜라민(Hexamethoxymelamine), 헥사에톡시메틸멜라민(Hexaethoxymelamine), 헥사부톡시메틸멜라민(Hexabuthoxymelamine) 및 헥사 아이소부톡시메틸멜라민(Hexaisobuthoxymelamine) 중 어느 하나를 0.1 중량% 내지 15 중량% 포함할 수 있다.
상기 노블락 수지는 메타 그레졸 80중량% 와 파라 크레졸 20중량%를 포함하고, 중량 평균 분자량이 7000 내지 30000인 상기 노블락 수지의 함량이 5 중량% 내지 40 중량% 일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법은 기판 위에 화소 전극을 형성하는 단계, 상기 화소 전극 위에 포토 레지스트를 형성하는 단계, 상기 포토 레지스트를 마스크를 이용하여 노광, 현상하여 감광막 패턴을 형성하는 단계, 상기 감광막 패턴을 식각 마스크로 하여 복수의 슬릿을 가지는 화소 전극을 형성하는 단계를 포함한다. 여기서, 상기 포토 레지스트는 불포화 카르복실산, 불포화 카르복실산 무수물 및 이들의 혼합물 중 어느 하나와 이와 다른 불포화 단량체 화합물을 공중합시켜 형성되는 알칼리 가용성 아크릴 공중합체, 메타크레졸과 파라크레졸로 이루어진 노볼락 수지, 경화제, 하기 화학식 (1)로 나타나는 아크리딘 화합물 그리고 광산 발생제를 포함한다.
Figure 112009010357436-pat00003
화학식 (1)
상기 화학식 (1)에서 R1 내지 R5는 서로 독립적으로 수소, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소 프로필기, 페닐기, 벤질기 및 페놀기 중 선택된 하나이다.
절연 기판 위에 게이트선, 데이터선 그리고 상기 게이트선 및 상기 데이터선과 연결되는 박막 트랜지스터를 형성하는 단계, 상기 박막 트랜지스터 위에 하부 보호막을 형성하는 단계, 상기 하부 보호막 위에 색필터를 형성하는 단계 그리고 상기 색필터 위에 콘택홀을 갖는 상부 보호막을 형성하는 단계 를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 콘택홀을 통해 상기 화소 전극과 상기 박막트랜지스터가 연결될 수 있다.
상기 아크리딘 화합물의 함량은 0.001 중량% 내지 10 중량%일 수 있다.
상기 아크릴 공중합체는 하기 화학식 (2)로 나타나는 화합물을 포함할 수 있다.
Figure 112009010357436-pat00004
화학식 (2)
상기 화학식 (2)에서 R1, R2, R3는 서로 독립적으로 수소, 메틸기, 에틸기, 부틸기, 터트 부틸기, 프로필기, 이소 프로필기, 펜틸기, 사이클로펜틸기, 헥실기, 사이클로헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 페닐기, 하이드록실 페닐기, 메틸페닐기, 다이메틸페닐기, 벤질기, 글리시딜기, 다이 글리시딜기 및 하이드록시 에틸기 중 선택된 하나를 포함한다.
상기 아크릴 공중합체의 함량은 1 중량% 내지 50 중량%일 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 미세 패턴을 형성하는 공정에서 고내열성을 유지하고, 순테이퍼 모양을 갖는 포토 레지스트 조성물을 이용하여 우수한 특성을 갖는 표시 장치를 제조할 수 있다.
첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 또한, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 포토 레지스트 조성물을 이용하여 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
기판 위에 화소 전극을 형성하기 위해 투명 전도막을 형성한다(S10).
상기 투명 전도막은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide)로 형성할 수 있다.
그 다음 단계로, 상기 화소 전극을 미세하게 패터닝하기 위해 음성 포토 레지스트를 상기 화소 전극 위에 형성한다(S20).
그 다음 단계로, 마스크를 이용하여 상기 포토 레지스트를 노광, 현상하여 감광막 패턴을 형성한다(S30).
그 다음 단계로, 상기 감광막 패턴을 식각 마스크로 하여 화소 전극 패턴을 형성한다(S40).
상기 미세한 화소 전극 패턴을 형성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 포토 레지스트 조성물을 사용할 수 있다. 이하 본 발명의 실시예에 따른 포토 레지스트 조성물에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 포토 레지스트 조성물은 알칼리 가용성 수지, 자외선 조사에 의해 강산을 발생하는 화합물(광산 발생제) 및 경화제로 구성되는 화학 증폭형 네거티브 포토 레지스트에 메타크레졸과 파라크레졸을 함유하고 있는 노볼락 수지와 하기 화학식(1)의 아크리딘 화합물을 첨가될 수 있다.
Figure 112009010357436-pat00005
화학식 (1)
상기 화학식 (1)에서 R1 내지 R5는 서로 독립적으로 수소, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소 프로필기, 페닐기, 벤질기 및 페놀기 중 선택된 하나일 수 있다.
상기 노볼락 수지에서 메타크레졸 80중량%를 함유하고, 파라크레졸 20중량%를 함유할 수 있다. 또한, 상기 노볼락 수지의 중량 평균 분자량은 7000 내지 30000일 수 있다. 여기서, 상기 화학식 (1)의 아크리딘 화합물을 0.001 중량% 내지 10 중량%을 첨가할 수 있다. 아크리딘 화합물의 함량이 0.001 중량%이하인 경우에는 역테이퍼 모양의 포토 레지스트가 형성될 수 있고, 10 중량%이상인 경우에는 현상성이 느려져서 포토 레지스트로 적합하지 않다.
알칼리 가용성 수지로 불포화 카르복실산, 불포화 카르복실산 무수물 및 이들의 혼합물과 이와 다른 불포화 단량체 화합물을 공중합시켜 얻어지는 알칼리 가용성 아크릴 공중합체를 사용할 수 있다.
상기 아크릴 공중합체는 하기 화학식 (2)로 나타나는 화합물을 포함한다.
Figure 112009010357436-pat00006
화학식 (2)
상기 화학식 (2)에서 R1, R2, R3는 서로 독립적으로 수소, 메틸기, 에틸기, 부틸기, 터트 부틸기, 프로필기, 이소 프로필기, 펜틸기, 사이클로펜틸기, 헥실기, 사이클로헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 페닐기, 하이드록실 페닐기, 메틸페닐기, 다이메틸페닐기, 벤질기, 글리시딜기, 다이 글리시딜기 및 하이드록시 에틸기 중 선택된 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 포토 레지스트 조성물에서 상기 아크릴 공중합체는 1 중량% 내지 50 중량%일 수 있다. 상기 아크릴 공중합체의 함량이 50 중량%를 초과하는 경우, 동일 노광량에서 잔막율이 저하되고, 1 중량% 이하인 경우에는 박리 특성의 개선 효과가 나타나지 않는다.
본 발명의 실시예에 따른 포토 레지스트 조성물에서 상기 광산 발생제는 벤조페논 유도체, 트리아진 유도체, 술포늄 유도체 등을 사용할 수 있다. 특히, 광산 발생제로 트리아진 유도체를 사용하는 경우 0.01 중량% 내지 10 중량%의 함량을 가질 수 있다.
구체적으로 상기 트리아진 유도체는 2-(Methoxyphenyl)-4, 6-bis-(trichloromethyl)-s-triazine 또는 2-[2-(3, 4-Dimethoxyphenyl)ethenyl]4, 6-bis(trichloromethyl)-s-triazine 을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 포토 레지스트 조성물에서 상기 경화제는 에폭시계 수지, 다이페닐 에테르계 수지, 스틸렌계 수지, 멜라민계 수지 등이 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 멜라민계 수지는 헥사메톡시메틸멜라민(Hexamethoxymelamine), 헥사에톡시메틸멜라민(Hexaethoxymelamine), 헥사부톡시메틸멜라민(Hexabuthoxymelamine) 및 헥사아이소부톡시메틸멜라민(Hexaisobuthoxymelamine) 중 어느 하나를 0.1 중량% 내지 15 중량%으로 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 포토 레지스트 조성물의 가장 바람직한 예는 메타크레졸 80중량%와 파라크레졸 20중량%으로 구성된 노볼락 수지가 15중량% 내지 25중량%이고, 상기 화학식 (2)의 아크릴 공중합체가 10중량% 내지 20중량%, 광산 발생제로 트리아진 유도체가 0.5중량% 내지 1.5중량%, 멜라민계 수지 3 내지 7중량%, 아크리딘 화합물 3 내지 7중량%, 프로필렌 글리콜모노 메틸에테르아세테이트를 함유한 혼합물이다.
이하, 비교예와 실시예를 들어 본 발명에 대해서 더욱 상세하게 설명한다. 하지만, 하기의 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<비교예 1>
메타크레졸80중량%와 파라크레졸 20중량%로 구성된 노불락 수지20중량%와 광산 발생제로 트리아진 유도체 1중량%와 경화제로 멜라민계수지 5중량%와 프로필렌 글리콜모노메틸에테르아세테이트(Propylene Glycol Monomethylether Acetate) 74중량%를 함유한 혼합물을 제조하여, 인디움틴옥사이드 기판에 스핀 코팅 후 120℃에서 베이킹한 후 노광하고 다시 120℃에서 베이킹한 후 드리메틸 암모니늄 하이드록 사이드(TMAH) 2.38중량%의 수용액에서 60초간 현상 후 프로파일 및 박리(strip) 특성을 관찰하였다.
<실시예 1>
메타크레졸80중량%와 파라크레졸 20중량%로 구성된 노불락 수지20중량%와 광산발생제로 트리아진 유도체 1중량%와 경화제로 멜라민계수지 5중량%로 구성된 네가티브 포토레지스트 조성에 상기 화학식 (1)에서 R1, R2, R4와 R5가 H 이고 R3가 페닐그룹인 아크리딘 유도체 1중량%, 상기 화학식 (2)에 R1이 phenyl, R2는 glycidyl , R3는 methyl 인 아크릴 공중합체 5 중량%와 프로필렌 글리콜모노메틸에테르아세테이트 68중량%를 함유한 혼합물을 제조하여, 인디움틴옥사이드 기판에 스핀 코팅 후 120℃에서 베이킹한 후 노광하고 다시 130℃에서 베이킹한 후 드리메틸 암모니늄 하이드록 사이드(TMAH) 2.38중량%의 수용액에서 60초간 현상 후프로파일 및 박리(strip) 특성을 관찰하였다.
<실시예 2>
메타크레졸80중량%와 파라크레졸 20중량%로 구성된 노불락 수지20중량%와 광산발생제로 트리아진 유도체 1중량%와 경화제로 멜라민계수지 5중량%로 구성된 네가티브 포토 레지스트 조성에 상기 화학식 (1)에서 R1, R2, R4와 R5가 H 이고 R3가 페닐그룹인 아크리딘 유도체 1중량%, 상기 화학식 (2)에 R1이 phenyl, R2는 glycidyl , R3는 methyl 인 아크릴 공중합체 10 중량 %와 프로필렌 글리콜모노메틸에테르아세테이트63중량%를 함유한 혼합물을 제조하여, 인디움틴옥사이드 기판에 스핀 코팅 후 120℃에서 베이킹한 후 노광하고 다시 130℃에서 베이킹한 후 드리메틸 암모니늄 하이드록 사이드(TMAH) 2.38중량%의 수용액에서 60초간 현상 후프로파 일 및 박리(strip) 특성을 관찰하였다.
<실시예 3>
메타크레졸80중량%와 파라크레졸 20중량%로 구성된 노불락 수지20중량%와 광산발생제로 트리아진 유도체 1중량%와 경화제로 멜라민계수지 5중량%로 구성된 네가티브 포토 레지스트 조성에 상기 화학식 (1)에서 R1, R2, R4와 R5가 H 이고 R3가 페닐그룹인 아크리딘 유도체 1중량%, 상기 화학식 (2)에 R1이 phenyl, R2는 glycidyl , R3는 methyl 인 아크릴 공중합체 15 중량 %와 프로필렌 글리콜모노메틸에테르아세테이트 58중량%를 함유한 혼합물을 제조하여, 인디움틴옥사이드 기판에 스핀 코팅 후 120℃에서 베이킹한 후 노광하고 다시 130℃에서 베이킹한 후 드리메틸 암모니늄 하이드록 사이드(TMAH) 2.38중량%의 수용액에서 60초간 현상 후프로파일 및 박리(strip) 특성을 관찰하였다.
<실시예 4>
메타크레졸80중량%와 파라크레졸 20중량%로 구성된 노불락 수지20중량%와 광산발생제로 트리아진 유도체 1중량%와 경화제로 멜라민계수지 5중량%로 구성된 네가티브 포토 레지스트 조성에 상기 화학식 (1)에서 R1, R2, R4와 R5가 H 이고 R3가 페닐그룹인 아크리딘 유도체 3중량%, 상기 화학식 (2)에 R1이 phenyl, R2는 glycidyl , R3는 methyl 인 아크릴 공중합체 5 중량 %와 프로필렌 글리콜모노메틸에테르아세테이트66중량%를 함유한 혼합물을 제조하여, 인디움틴옥사이드 기판에 스핀 코팅 후 120℃에서 베이킹한 후 노광하고 다시 130℃에서 베이킹한 후 드리메틸 암모니늄 하이드록 사이드(TMAH) 2.38중량%의 수용액에서 60초간 현상 후프로파일 및 박리(strip) 특성을 관찰하였다.
<실시예 5>
메타크레졸80중량%와 파라크레졸 20중량%로 구성된 노불락 수지20중량%와 광산발생제로 트리아진 유도체 1중량%와 경화제로 멜라민계수지 5중량%로 구성된 네가티브 포토 레지스트 조성에 상기 화학식 (1)에서 R1, R2, R4와 R5가 H 이고 R3가 페닐그룹인 아크리딘 유도체 3중량%, 상기 화학식 (2)에 R1이 phenyl, R2는 glycidyl , R3는 methyl 인 아크릴 공중합체 10 중량 %와 프로필렌 글리콜모노메틸에테르아세테이트61중량%를 함유한 혼합물을 제조하여, 인디움틴옥사이드 기판에 스핀 코팅 후 120℃에서 베이킹한 후 노광하고 다시 130℃에서 베이킹한 후 드리메틸 암모니늄 하이드록 사이드(TMAH) 2.38중량%의 수용액에서 60초간 현상 후프로파일 및 박리(strip) 특성을 관찰하였다.
<실시예 6>
메타크레졸80중량%와 파라크레졸 20중량%로 구성된 노불락 수지20중량%와 광산발생제로 트리아진 유도체 1중량%와 경화제로 멜라민계수지 5중량%로 구성된 네가티브 포토 레지스트 조성에 상기 화학식 (1)에서 R1, R2, R4와 R5가 H 이고 R3가 페닐그룹인 아크리딘 유도체 3중량%, 상기 화학식 (2)에 R1이 phenyl, R2는 glycidyl , R3는 methyl 인 아크릴 공중합체 15 중량 %와 프로필렌 글리콜모노메틸에테르아세테이트 56중량%를 함유한 혼합물을 제조하여, 인디움틴옥사이드 기판에 스핀 코팅 후 120℃에서 베이킹한 후 노광하고 다시 130℃에서 베이킹한 후 드리메틸 암모니늄 하이드록 사이드(TMAH) 2.38중량%의 수용액에서 60초간 현상 후프로파일 및 박리(strip) 특성을 관찰하였다.
<실시예 7>
메타크레졸80중량%와 파라크레졸 20중량%로 구성된 노불락 수지20중량%와 광산발생제로 트리아진 유도체 1중량%와 경화제로 멜라민계수지 5중량%로 구성된 네가티브 포토 레지스트 조성에 상기 화학식 (1)에서 R1, R2, R4와 R5가 H 이고 R3가 페닐그룹인 아크리딘 유도체 5중량%, 상기 화학식 (2)에 R1이 phenyl, R2는 glycidyl , R3는 methyl 인 아크릴 공중합체 5 중량 %와 프로필렌 글리콜모노메틸에테르아세테이트64중량%를 함유한 혼합물을 제조하여, 인디움틴옥사이드 기판에 스핀 코팅 후 120℃에서 베이킹한 후 노광하고 다시 130℃에서 베이킹한 후 드리메틸 암모니늄 하이드록 사이드(TMAH) 2.38중량%의 수용액에서 60초간 현상 후프로파일 및 박리(strip) 특성을 관찰하였다.
<실시예 8>
메타크레졸80중량%와 파라크레졸 20중량%로 구성된 노불락 수지20중량%와 광산발생제로 트리아진 유도체 1중량%와 경화제로 멜라민계수지 5중량%로 구성된 네 가티브 포토 레지스트 조성에 상기 화학식 (1)에서 R1, R2, R4와 R5가 H 이고 R3가 페닐그룹인 아크리딘 유도체 5중량%, 상기 화학식 (2)에 R1이 phenyl, R2는 glycidyl , R3는 methyl 인 아크릴 공중합체 10 중량 %와 프로필렌 글리콜모노메틸에테르아세테이트 59중량%를 함유한 혼합물을 제조하여, 인디움틴옥사이드 기판에 스핀 코팅 후 120℃에서 베이킹한 후 노광하고 다시 130℃에서 베이킹한 후 드리메틸 암모니늄 하이드록 사이드(TMAH) 2.38중량%의 수용액에서 60초간 현상 후프로파일 및 박리(strip) 특성을 관찰하였다.
<실시예 9>
메타크레졸80중량%와 파라크레졸 20중량%로 구성된 노불락 수지20중량%와 광산발생제로 트리아진 유도체 1중량%와 경화제로 멜라민계수지 5중량%로 구성된 네가티브 포토 레지스트 조성에 상기 화학식 (1)에서 R1, R2, R4와 R5가 H 이고 R3가 페닐그룹인 아크리딘 유도체 5중량%, 상기 화학식 (2)에 R1이 phenyl, R2는 glycidyl , R3는 methyl 인 아크릴 공중합체 15 중량 %와 프로필렌 글리콜모노메틸에테르아세테이트54중량%를 함유한 혼합물을 제조하여, 인디움틴옥사이드 기판에 스핀 코팅 후 120℃에서 베이킹한 후 노광하고 다시 130℃에서 베이킹한 후 드리메틸 암모니늄 하이드록 사이드(TMAH) 2.38중량%의 수용액에서 60초간 현상 후프로파일 및 박리(strip) 특성을 관찰하였다.
상기 비교예 1 및 상기 실시예 1 내지 9에서 형성된 감광막 패턴의 패턴 프로파일, 스트립 타임(Strip time)를 각각 평가한 결과는 하기 표 1과 같다.
표 1. 각 비교예 1 및 실시예 1내지 9의 pattern profile 및 strip time.
Pattern profile 5㎛ Pattern profile 3㎛ Strip time

비교예
Figure 112009010357436-pat00007
Figure 112009010357436-pat00008
600 초

실시예 1
Figure 112009010357436-pat00009
Figure 112009010357436-pat00010
280 초

실시예 2
Figure 112009010357436-pat00011
Figure 112009010357436-pat00012
140 초

실시예 3
Figure 112009010357436-pat00013
Figure 112009010357436-pat00014
30 초

실시예 4
Figure 112009010357436-pat00015
Figure 112009010357436-pat00016
275 초

실시예 5
Figure 112009010357436-pat00017
Figure 112009010357436-pat00018
130 초

실시예 6
Figure 112009010357436-pat00019
Figure 112009010357436-pat00020
28 초

실시예 7
Figure 112009010357436-pat00021
Figure 112009010357436-pat00022
270 초

실시예 8
Figure 112009010357436-pat00023
Figure 112009010357436-pat00024
130 초

실시예 9
Figure 112009010357436-pat00025
Figure 112009010357436-pat00026
27 초
상기 비교예 1은 노볼락 수지, 광산 발생제, 경화제를 함유한 혼합물을 포토 레지스트 조성물로 사용하였고, 그에 따라 감광막 패턴이 역테이퍼 모양을 가지며, 스트립 타임이 600초로 매우 긴 것을 확인할 수 있다.
상기 실시예 1은 상기 비교예 1의 혼합물에 상기 화학식 (1)에서 R1, R2, R4와 R5가 H 이고 R3가 페닐그룹인 아크리딘 유도체 1중량%, 상기 화학식 (2)에 R1이 phenyl, R2는 glycidyl , R3는 methyl 인 아크릴 공중합체 5 중량%가 첨가되었다. 상기 비교예 1에 비해 감광막 패턴의 역테이퍼 모양이 완화되고, 스트립 타임이 감 소하는 것을 확인할 수 있다.
상기 실시예 2는 상기 실시예 1에서 아크릴 공중합체의 함량을 5중량%에서 10 중량%로 증가시켰다. 그 결과, 감광막 패턴의 역테이퍼 모양이 완화되고, 스트립 타임이 감소하는 것을 확인할 수 있다.
상기 실시예 3은 상기 실시예 2에서 아크릴 공중합체의 함량을 10중량%에서 15 중량%로 증가시켰다. 그 결과, 감광막 패턴의 역테이퍼 모양이 완화되고, 스트립 타임이 감소하는 것을 확인할 수 있다.
상시 실시예 4는 상기 실시예 1에서 아크리딘 유도체의 함량을 5 중량%에서 3 중량%로 감소시켰다. 그 결과, 감광막 패턴의 역테이퍼 모양이 완화되었으나, 스트립 타임이 실시예 1에 비해 약간 감소하는 것을 확인할 수 있다.
상기 실시예 5는 상기 실시예 4에서 아크릴 공중합체의 함량을 5중량%에서 10 중량%로 증가시켰다. 그 결과, 감광막 패턴의 역테이퍼 모양이 완화되고, 실시예 4에 비해 스트립 타임이 감소하는 것을 확인할 수 있다.
상기 실시예 6은 상기 실시예 5에서 아크릴 공중합체의 함량을 10중량%에서 15 중량%로 증가시켰다. 그 결과, 감광막 패턴의 역테이퍼 모양이 완화되고, 실시예 5에 비해 스트립 타임이 상당히 감소하는 것을 확인할 수 있다.
상기 실시예 7은 상기 실시예 4에서 아크리딘 유도체의 함량을 3 중량%에서 5 중량%로 증가시켰다. 그 결과, 상기 실시예 4에 비해 감광막 패턴의 역테이퍼 모양이 완화되었으나, 스트립 타임이 약간 감소하는 것을 확인할 수 있다.
상시 실시예 8은 상기 실시예 7에서 아크릴 공중합체의 함량을 5중량%에서 10 중량%로 증가시켰다. 그 결과, 감광막 패턴의 역테이퍼 모양이 완화되고, 실시예 7에 비해 스트립 타임이 감소하는 것을 확인할 수 있다.
상시 실시예 9는 상기 실시예 8에서 아크릴 공중합체의 함량을 10중량%에서 15 중량%로 증가시켰다. 그 결과, 감광막 패턴의 역테이퍼 모양이 완화되고, 실시예 8에 비해 스트립 타임이 감소하는 것을 확인할 수 있다.
상기 비교예 1 및 상기 실시예 1 내지 9를 해석할 때, 아크리딘 유도체와 아크릴 공중합체의 함량에 따라 감광막 패턴의 역테이퍼 모양의 완화 정도와 스트립 타임에 영향을 미치고, 실시예 9에서 가장 우수한 감광막 패턴을 형성할 수 있다. 구체적으로, 아크리딘 유도체의 함량이 3 중량% 내지 7 중량%이고, 아크릴 공중합체의 함량이 10 중량% 내지 20 중량%인 경우가 바람직하다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 배치도이다. 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ' 선을 따라 자른 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 서로 마주하는 하부 표시판(100)과 상부 표시판(200) 및 이들 두 표시판(100, 200) 사이에 들어 있는 액정층(3)을 포함한다.
먼저, 하부 표시판(100)에 대하여 설명한다.
절연 기판(110) 위에 복수의 게이트선(gate line)(121) 및 복수의 유지 전극선(storage electrode line)(131, 135)이 형성되어 있다.
게이트선(121)은 게이트 신호를 전달하며 주로 가로 방향으로 뻗어 있다. 각 게이트선(121)은 위로 돌출한 복수의 제1 및 제2 게이트 전극(gate electrode)(124a, 124b)을 포함한다.
유지 전극선은 게이트선(121)과 실질적으로 나란하게 뻗은 줄기선(stem)(131)과 이로부터 뻗어 나온 복수의 유지 전극(135)을 포함한다.
유지 전극선(131, 135)의 모양 및 배치는 여러 형태로 변형될 수 있다.
게이트선(121) 및 유지 전극선(131, 135) 위에는 게이트 절연막(gate insulating layer)(140)이 형성되어 있으며, 게이트 절연막(140) 위에는 비정질 또는 결정질 규소 등으로 만들어진 복수의 반도체(154a, 154b)가 형성되어 있다.
반도체(154a, 154b) 위에는 각각 복수 쌍의 저항성 접촉 부재(ohmic contact)(163b, 165b)가 형성되어 있으며, 저항성 접촉 부재(163b, 165b)는 실리사이드(silicide) 또는 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어질 수 있다.
저항성 접촉 부재(163b, 165b) 및 게이트 절연막(140) 위에는 복수 쌍의 데이터선(data line)(171a, 171b)과 복수 쌍의 제1 및 제2 드레인 전극(drain electrode)(175a, 175b)이 형성되어 있다.
데이터선(171a, 171b)은 데이터 신호를 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121) 및 유지 전극선의 줄기선(131)과 교차한다. 데이터선(171a, 171b)은 제1, 제2 게이트 전극(124a, 124b)을 향하여 뻗어 U자형으로 굽은 제1 및 제2 소스 전극(source electrode)(173a, 173b)을 포함하며, 제1 및 제2 소스 전극(173a, 173b)은 제1, 제2 게이트 전극(124a, 124b)을 중심으로 제1 및 제2 드레인 전극(175a, 175b)과 마주한다.
제1 및 제2 드레인 전극(175a, 175b)은 각각 제1 및 제2 소스 전극(173a, 173b)으로 일부 둘러싸인 한 쪽 끝에서부터 위로 뻗어 있으며 반대쪽 끝은 다른 층과의 접속을 위해 면적이 넓을 수 있다.
그러나 제1 및 제2 드레인 전극(175a, 175b)을 비롯한 데이터선(171a, 171b)의 모양 및 배치는 여러 형태로 변형될 수 있다.
제1 및 제2 게이트 전극(124a, 124b), 제1 및 제2 소스 전극(173a, 173b) 및 제1 및 제2 드레인 전극(175a, 175b)은 제1 및 제2 반도체(154a, 154b)와 함께 제1 및 제2 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)(Qa, Qb)를 이루며, 제1 및 제2 박막 트랜지스터(Qa, Qb)의 채널(channel)은 제1 및 제2 소스 전극(173a, 173b)과 제1 및 제2 드레인 전극(175a, 175b) 사이의 제1 및 제2 반도체(154a, 154b)에 형성된다.
저항성 접촉 부재(163b, 165b)는 그 아래의 반도체(154a, 154b)와 그 위의 데이터선(171a, 171b), 드레인 전극(175a, 175b) 사이에만 존재하며 이들 사이의 접촉 저항을 낮추어 준다. 반도체(154a, 154b)에는 소스 전극(173a, 173b)과 드레인 전극(175a, 175b) 사이를 비롯하여 데이터선(171a, 171b) 및 드레인 전극(175a, 175b)으로 가리지 않고 노출된 부분이 있다.
데이터선(171a, 171b), 드레인 전극(175a, 175b) 및 노출된 반도체(154a, 154b) 부분 위에는 질화규소 또는 산화규소 따위로 만들어진 하부 보호막(180p)이 형성되어 있다.
하부 보호막(180p) 위에는 색필터(230) 및 상부 보호막(180q)이 형성되어 있 다.
상부 보호막(180q)에는 제1 및 제2 드레인 전극(175a, 175b)을 드러내는 복수의 접촉 구멍(185a, 185b)이 형성되어 있다. 상부 보호막(180q) 위에는 복수의 화소 전극(pixel electrode)(191)이 형성되어 있다. 화소 전극(191)은 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질로 만들어질 수 있다.
각 화소 전극(191)은 간극(91)을 사이에 두고 서로 분리되어 있는 제1 및 제2 부화소 전극(191a, 191b)을 포함하며, 제1 및 제2 부화소 전극(191a, 191b)은 각각 도 4에 도시한 기본 전극(199) 또는 그 변형을 하나 이상 포함하고 있다.
도 4는 화소 전극을 도시한 평면도이다. 도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 기본 전극을 도시한 평면도이다.
도 4 및 도 5를 참고하면, 기본 전극(199)의 전체적인 모양은 사각형이며 가로 줄기부(193) 및 이와 직교하는 세로 줄기부(192)로 이루어진 십자형 줄기부를 포함한다. 또한 기본 전극(199)은 가로 줄기부(193)와 세로 줄기부(192)에 의해 제1 부영역(Da), 제2 부영역(Db), 제3 부영역(Dc), 그리고 제4 부영역(Dd)으로 나뉘어지며 각 부영역(Da-Dd)은 복수의 제1 내지 제4 미세 가지부(194a, 194b, 194c, 194d)를 포함한다.
제1 미세 가지부(194a)는 가로 줄기부(193) 또는 세로 줄기부(192)에서부터 왼쪽 위 방향으로 비스듬하게 뻗어 있으며, 제2 미세 가지부(194b)는 가로 줄기부(193) 또는 세로 줄기부(192)에서부터 오른쪽 위 방향으로 비스듬하게 뻗어 있다. 또한 제3 미세 가지부(194c)는 가로 줄기부(193) 또는 세로 줄기부(192)에서 부터 왼쪽 아래 방향으로 뻗어 있으며, 제4 미세 가지부(194d)는 가로 줄기부(193) 또는 세로 줄기부(192)에서부터 오른쪽 아래 방향으로 비스듬하게 뻗어 있다.
제1 내지 제4 미세 가지부(194a-194d)는 게이트선(121) 또는 가로 줄기부(193)와 대략 45도 또는 135도의 각을 이룬다. 또한 이웃하는 두 부영역(Da-Dd)의 미세 가지부(194a-194d)는 서로 직교할 수 있다.
도시하지 않았으나 미세 가지부(194a-194d)의 폭은 가로 줄기부(193) 또는 세로 줄기부(192)에 가까울수록 넓어질 수 있다.
상기에서 설명한 바와 같이 화소 전극(191)은 미세한 패턴을 형성하고 있다. 도 2 및 도 3에 나타나는 화소 전극(191a, 191b)에 포함되는 미세한 가지부(194a-194d)의 폭(d)은 1um 내지 4um일 수 있다.
이처럼 미세한 패턴으로 화소 전극(191)을 형성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 포토 레지스트 조성물을 이용할 수 있다.
구체적으로, 도 2 및 도 3을 다시 참고하면, 상부 보호막(180q) 위에 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide)와 같은 투명 전도막을 형성한다.
그 다음 단계로, 네거티브 포토 레지스트를 상기 투명 전도막 위에 도포한다. 그 다음 단계로, 마스크를 이용하여 상기 포토 레지스트를 노광, 현상하여 감광막 패턴을 형성한다. 그 다음 단계로, 상기 감광막 패턴을 식각 마스크로 하여 화소 전극(191a)을 형성한다.
본 발명의 실시예에 따른 포토 레지스트 조성물을 이용하여 미세한 화소 전극 패턴을 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 포토 레지스트 조성물은 유기 발광 표시 장치에서 화소 전극을 형성하는 경우에서 적용이 가능하다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 포토 레지스트 조성물을 이용하여 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 배치도이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ' 선을 따라 자른 단면도이다.
도 4는 화소 전극을 도시한 평면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 기본 전극을 도시한 평면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 하부 표시판 200 상부 표시판
300 액정 표시판 조립체 310 밀봉재
121 게이트선 131, 135 유지 전극선
140 게이트 절연막 154a, 154b 반도체
163b, 165b 저항성 접촉 부재 171a, 171b 데이터선
173a, 173b 소스 전극 175a, 175b 드레인 전극
180p 하부 보호막 180q 상부 보호막
230 색필터 270 공통 전극

Claims (20)

  1. 불포화 카르복실산, 불포화 카르복실산 무수물 및 이들의 혼합물 중 어느 하나와 이와 다른 불포화 단량체 화합물을 공중합시켜 형성되는 알칼리 가용성 아크릴 공중합체,
    메타크레졸과 파라크레졸로 이루어진 노볼락 수지,
    경화제,
    하기 화학식 (1)로 나타나는 아크리딘 화합물 그리고
    광산 발생제
    를 포함하는 포토 레지스트 조성물:
    Figure 112009010357436-pat00027
    화학식 (1)
    (상기 화학식 (1)에서 R1 내지 R5는 서로 독립적으로 수소, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소 프로필기, 페닐기, 벤질기 및 페놀기 중 선택된 하나임).
  2. 제1항에서,
    상기 아크리딘 화합물의 함량은 0.001 중량% 내지 10 중량%인 포토 레지스트 조성물.
  3. 제2항에서,
    상기 아크릴 공중합체는 하기 화학식 (2)로 나타나는 화합물을 포함하는 포토 레지스트 조성물:
    Figure 112009010357436-pat00028
    화학식 (2)
    (상기 화학식 (2)에서 R1, R2, R3는 서로 독립적으로 수소, 메틸기, 에틸기, 부틸기, 터트 부틸기, 프로필기, 이소 프로필기, 펜틸기, 사이클로펜틸기, 헥실기, 사이클로헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 페닐기, 하이드록실 페닐기, 메틸페닐기, 다이메틸페닐기, 벤질기, 글리시딜기, 다이 글리시딜기 및 하이드록시 에틸기 중 선택된 하나를 포함함).
  4. 제3항에서,
    상기 아크릴 공중합체의 함량은 1 중량% 내지 50 중량%인 포토 레지스트 조 성물.
  5. 제4항에서,
    상기 광산 발생제는 트리아진 화합물을 0.01 중량% 내지 10 중량% 포함하는 포토 레지스트 조성물.
  6. 제5항에서,
    상기 트리아진 화합물은 2-(Methoxyphenyl)-4, 6-bis-(trichloromethyl)-s-triazine 또는 2-[2-(3, 4-Dimethoxyphenyl)ethenyl]4, 6-bis(trichloromethyl)-s-triazine 인 포토 레지스트 조성물.
  7. 제2항에서,
    상기 광산 발생제는 트리아진 화합물을 0.01 중량% 내지 10 중량% 포함하는 포토 레지스트 조성물.
  8. 제7항에서,
    상기 트리아진 화합물은 2-(Methoxyphenyl)-4, 6-bis-(trichloromethyl)-s-triazine 또는 2-[2-(3, 4-Dimethoxyphenyl)ethenyl]4, 6-bis(trichloromethyl)-s-triazine 인 포토 레지스트 조성물.
  9. 제8항에서,
    상기 경화제는 헥사메톡시메틸멜라민(Hexamethoxymelamine), 헥사에톡시메틸멜라민(Hexaethoxymelamine), 헥사부톡시메틸멜라민(Hexabuthoxymelamine) 및 헥사아이소부톡시메틸멜라민(Hexaisobuthoxymelamine) 중 어느 하나를 0.1 중량% 내지 15 중량% 포함하는 포토 레지스트 조성물.
  10. 제9항에서,
    상기 노블락 수지는 메타 그레졸 80중량% 와 파라 크레졸 20중량%를 포함하고, 중량 평균 분자량이 7000 내지 30000인 상기 노블락 수지의 함량이 5 중량% 내지 40 중량% 인 포토 레지스트 조성물.
  11. 제1항에서,
    상기 아크릴 공중합체는 하기 화학식 (2)로 나타나는 화합물을 포함하는 포 토 레지스트 조성물:
    Figure 112009010357436-pat00029
    화학식 (2)
    (상기 화학식 (2)에서 R1, R2, R3는 서로 독립적으로 수소, 메틸기, 에틸기, 부틸기, 터트 부틸기, 프로필기, 이소 프로필기, 펜틸기, 사이클로펜틸기, 헥실기, 사이클로헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 페닐기, 하이드록실 페닐기, 메틸페닐기, 다이메틸페닐기, 벤질기, 글리시딜기, 다이 글리시딜기 및 하이드록시 에틸기 중 선택된 하나를 포함함).
  12. 제11항에서,
    상기 아크릴 공중합체의 함량은 1 중량% 내지 50 중량%인 포토 레지스트 조성물.
  13. 제12항에서,
    상기 광산 발생제는 트리아진 화합물을 0.01 중량% 내지 10 중량% 포함하는 포토 레지스트 조성물.
  14. 제13항에서,
    상기 트리아진 화합물은 2-(Methoxyphenyl)-4, 6-bis-(trichloromethyl)-s-triazine 또는 2-[2-(3, 4-Dimethoxyphenyl)ethenyl]4, 6-bis(trichloromethyl)-s-triazine 인 포토 레지스트 조성물.
  15. 제14항에서,
    상기 노블락 수지는 메타 그레졸 80중량% 와 파라 크레졸 20중량%를 포함하고, 중량 평균 분자량이 7000 내지 30000인 상기 노블락 수지의 함량이 5 중량% 내지 40 중량% 인 포토 레지스트 조성물.
  16. 기판 위에 화소 전극을 형성하는 단계,
    상기 화소 전극 위에 포토 레지스트를 형성하는 단계,
    상기 포토 레지스트를 마스크를 이용하여 노광, 현상하여 감광막 패턴을 형성하는 단계,
    상기 감광막 패턴을 식각 마스크로 하여 복수의 슬릿을 가지는 화소 전극을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 포토 레지스트는
    불포화 카르복실산, 불포화 카르복실산 무수물 및 이들의 혼합물 중 어느 하나와 이와 다른 불포화 단량체 화합물을 공중합시켜 형성되는 알칼리 가용성 아크릴 공중합체,
    메타크레졸과 파라크레졸로 이루어진 노볼락 수지,
    경화제,
    하기 화학식 (1)로 나타나는 아크리딘 화합물 그리고
    광산 발생제를 포함하는 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법:
    Figure 112009010357436-pat00030
    화학식 (1)
    (상기 화학식 (1)에서 R1 내지 R5는 서로 독립적으로 수소, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소 프로필기, 페닐기, 벤질기 및 페놀기 중 선택된 하나임).
  17. 제16항에서,
    절연 기판 위에 게이트선, 데이터선 그리고 상기 게이트선 및 상기 데이터선 과 연결되는 박막 트랜지스터를 형성하는 단계,
    상기 박막 트랜지스터 위에 하부 보호막을 형성하는 단계,
    상기 하부 보호막 위에 색필터를 형성하는 단계 그리고
    상기 색필터 위에 콘택홀을 갖는 상부 보호막을 형성하는 단계
    를 더 포함하고, 상기 콘택홀을 통해 상기 화소 전극과 상기 박막트랜지스터가 연결되어 있는 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  18. 제17항에서,
    상기 아크리딘 화합물의 함량은 0.001 중량% 내지 10 중량%인 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  19. 제18항에서,
    상기 아크릴 공중합체는 하기 화학식 (2)로 나타나는 화합물을 포함하는 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법:
    Figure 112009010357436-pat00031
    화학식 (2)
    (상기 화학식 (2)에서 R1, R2, R3는 서로 독립적으로 수소, 메틸기, 에틸기, 부틸기, 터트 부틸기, 프로필기, 이소 프로필기, 펜틸기, 사이클로펜틸기, 헥실기, 사이클로헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 페닐기, 하이드록실 페닐기, 메틸페닐기, 다이메틸페닐기, 벤질기, 글리시딜기, 다이 글리시딜기 및 하이드록시 에틸기 중 선택된 하나를 포함함).
  20. 제19항에서,
    상기 아크릴 공중합체의 함량은 1 중량% 내지 50 중량%인 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
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