KR101918661B1 - 컬러필터 제조용 포토레지스트 조성물 및 이를 이용한 컬러필터의 제조 방법 - Google Patents

컬러필터 제조용 포토레지스트 조성물 및 이를 이용한 컬러필터의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

컬러필터 제조용 포토레지스트 조성물 및 이를 이용한 컬러필터의 제조 방법에서, 포토레지스트 조성물은 바인더 수지 5 중량% 내지 10 중량%, 모노머 5 중량% 내지 10 중량%, 400nm 내지 410nm 파장범위의 광에 활성화되는 광개시제 1 중량% 내지 15 중량%, 안료 1 중량% 내지 10 중량%, 안료 분산제 0.01 중량% 내지 1 중량% 및 여분의 용매를 포함한다. 이에 따라, h-라인의 파장 범위를 갖는 광을 생성하는 광원을 이용하는 노광 장치에 대한 포토레지스트 조성물의 광특성을 향상시킬 수 있다.

Description

컬러필터 제조용 포토레지스트 조성물 및 이를 이용한 컬러필터의 제조 방법{PHOTORESIST COMPOSITION AND METHOD OF FORMING A COLOR FILTER USING THE SAME}
본 발명은 컬러필터 제조용 포토레지스트 조성물 및 이를 이용한 컬러필터의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 디지털 노광 장치에 대한 감광성이 있는 컬러필터 제조용 포토레지스트 조성물 및 이를 이용한 컬러필터의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 포토레지스트 패턴은 포토레지스트 조성물을 베이스 기판 상에 코팅하여 코팅막을 형성한 후, 상기 코팅막을 노광 및 현상하여 형성한다. 상기 코팅막을 노광하는 공정에서, 상기 포토레지스트 패턴의 형상을 결정하는 마스크를 이용한다. 여기서, 상기 포토레지스트 패턴은, 상기 포토레지스트 패턴의 하부막을 패터닝하기 위한 식각 방지 패턴일 수 있고, 표시장치용 기판의 구성 요소가 될 수도 있다. 상기 포토레지스트 패턴의 디자인이 변경될 때마다 상기 마스크의 디자인도 변경되어야 하는데, 상기 마스크의 제작 비용이 비싸기 때문에 상기 마스크의 이용은 제품의 제조 비용을 증가시켜 생산 원가를 증가시키는 요인이 된다.
최근에는, 상기 마스크를 이용하지 않고, 상기 포토레지스트층에 다수의 스팟 빔들(spot beams)을 제공할 수 있는 마이크로-미러들(micro-mirrors)을 포함하는 광학 소자를 이용하는 디지털 노광 장치를 이용하여 상기 포토레지스트 패턴을 형성하고 있다.
그러나, 상기 디지털 노광 장치는 마스크를 이용하는 일반 노광 장치와 다른 파장의 광을 발생하는 광원을 이용하기 때문에, 상기 일반 노광 장치에 대한 감광성이 좋은 포토레지스트 조성물에 대해서는 상기 디지털 노광 장치에 대한 감광성이 저하될 수 있다. 이에 의해, 상기 포토레지스트 패턴의 형성 신뢰성이 저하된다.
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 디지털 노광 장치의 광원에 대한 감도 및 해상도가 향상된 컬러필터 제조용 포토레지스트 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 포토레지스트 조성물을 이용한 컬러필터의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 컬러필터 제조용 포토레지스트 조성물은 바인더 수지 약 5 중량% 내지 약 10 중량%, 모노머 약 5 중량% 내지 약 10 중량%, 약 400nm 내지 약 410nm 파장범위의 광에 활성화되는 광개시제 약 1 중량% 내지 약 15 중량%, 안료 약 1 중량% 내지 약 10 중량%, 안료 분산제 약 0.01 중량% 내지 약 1 중량% 및 여분의 용매를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 광개시제는 비스아실 포스핀계 화합물(Bis Acyl phosphine based compound), 메타로센계화합물(metallocene based compound), 모노아실 포스핀계 화합물(Mono Acyl phosphine based compound) 또는 알파-하드록시케톤계 화합물(@-hydroxyketone based compound)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 광개시제는 Irgacure 819[상품명, Ciba사, 스위스, 페닐 비스(2,4,6-트리메틸벤조일) 포스핀 옥사이드, Phenyl bis (2,4,6-trimethyl benzoyl) Phosphine oxide], Darocur TPO[상품명, Ciba사, 스위스, 디페닐(2,4,6-트리메틸벤조일) 포스핀 옥사이드, Diphenyl (2,4,6-trimethylbenzoyl) Phosphine oxide], Irgacure 2100[상품명, Ciba사, 스위스, 페닐 비스(2,4,6-트리메틸벤조일) 포스핀 옥사이드, Phenylbis(2,4,6-trimethylbenzoyl) Phosphine oxide], Drocur 1173 (상품명, Ciba사, 스위스, 2-하이트록시-2-메틸-1-페닐-1-프로판온, 2-Hydroxy-2-methyl-1-phenyl-1-propanone), 또는 Irgacure 784[상품명, Ciba사, 스위스, 비스(에타 5-2,4-사이클로펜타디엔-1-일) 비스[2,6-디플루오르-3-(1H-피롤-1-일)] 티타늄, Bis(eta 5-2,4-cyclopentadien-1-yl) Bis[2,6-difluoro-3-(1H-pyrrol-1-yl)phenyl]titanium]을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 포토레지스트 조성물은, 0 중량% 초과 5 중량% 이하의 증감제(sensitizer)를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 증감제의 예로서는, 디에틸렌티오산톤(Diethylenethioxanthone, DETX), 비올란트론(Violanthrone), 이소비올란트론(Isoviolanthrone), 플루오레세인(Fluoresceine), 루브렌(Rubrene), 9,10-디페닐안트라센(9,10-Diphenylanthracene), 테트라센(Tetracene), 13,13"-디벤즈안트론(13,13"-Dibenzanthrone), 또는 레불린산(Levulinic Acid) 등을 들 수 있다.
일 실시예에서, 상기 포토레지스트 조성물은, 0 중량% 초과 8 중량% 이하의 파장 시프터를 더 포함할 수 있다. 상기 파장 시프터의 예로서는, N-(2-페닐-1,3-벤조옥사졸-5-일)나프탈렌-1-1 카복사마이드[N-(2-phenyl-1,3-benzoxazol-5-yl)naphthalene-1-1carboxamide], 또는 7-(디에틸아미노)-4-(트리플루오르메틸)-2H-크로멘-2-온[7-(diethylamino)-4-(trifluoromethyl)-2H-Chromen-2-one] 등을 들 수 있다.
일 실시예에서, 상기 안료 분산제는 BYK-200(상품명, BYK-chemie사, 독일), BYK-2001, BYK-161, BYK-163, BYK-160, BYK-161, PD-7000(상품명, CRODA사, 독일), DFKA-4330(상품명, BASF사, 독일) 또는 Disper-650(상품명, Evonik사, 독일)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 안료는 C.I 피그먼트 레드 177, C.I 피그먼트 레드 254, C.I 피그먼트 그린 36, 또는 C.I 피그먼트 블루 156를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 바인더 수지는 아크릴계 수지를 포함할 수 있다.
상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 컬러필터의 제조 방법이 제공된다. 상기 제조 방법에서, 베이스 기판 상에, 바인더 수지, 모노머, 400nm 내지 410nm 파장범위의 광에 활성화되는 광개시제, 안료, 안료 분산제 및 용매를 포함하는 컬러필터 제조용 포토레지스트 조성물을 도포하여 코팅막을 형성한다. 디지털 노광 장치를 이용하여 상기 코팅막을 노광한 후, 상기 노광된 코팅막을 현상하여 컬러필터를 형성한다.
일 실시예에서, 상기 포토레지스트 조성물은 상기 포토레지스트 조성물의 전체 중량에 대해서 상기 바인더 수지를5 중량% 내지 10 중량%, 상기 모노머를 5 중량% 내지 10 중량%, 상기 광개시제를 1 중량% 내지 15 중량%, 상기 안료를 1 중량% 내지 10 중량%, 상기 안료 분산제를 0.01 중량% 내지 1 중량%를 포함하고, 여분의 상기 용매를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 코팅막은, 상기 디지털 노광 장치를 이용하여 상기 코팅막에 다수의 스팟 빔들을 조사함으로써 노광할 수 있고, 상기 스팟 빔들은 상기 디지털 노광 장치의 선택적으로 온/오프된 마이크로-미러들에 의해서 상기 코팅막에 중첩되어 조사될 수 있다.
상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 다른 실시예에 따른 컬러필터의 제조 방법이 제공된다. 상기 제조 방법에서, 베이스 기판 상에, 바인더 수지 5 중량% 내지 10 중량%, 모노머 5 중량% 내지 10 중량%, 400nm 내지 410nm 파장범위의 광에 활성화되는 광개시제 1 중량% 내지 15 중량%, 안료 1 중량% 내지 10 중량%, 안료 분산제 0.01 중량% 내지 1 중량% 및 여분의 용매를 포함하는 컬러필터 제조용 포토레지스트 조성물로 코팅막을 형성한다. 상기 코팅막을 노광한 후, 상기 노광된 코팅막을 현상하여 컬러필터를 형성할 수 있다.
이와 같은 컬러필터 제조용 포토레지스트 조성물 및 이를 이용한 컬러필터의 제조 방법에 따르면, 컬러필터를 형성하는 포토레지스트 조성물이 h-라인의 파장대인 약 400 nm 내지 약 410 nm의 파장을 갖는 광에 의해 활성화되는 광개시제를 포함함으로써 디지털 노광 장치에 대한 광특성이 향상될 수 있다. 또한, 상기 컬러필터 제조용 포토레지스트 조성물은 증감제(sensitizer) 및/또는 파장 시프터(wavelength shifter)를 더 포함함으로써, 상기 디지털 노광 장치에 대한 광특성이 향상될 수 있다. 이에 따라, 상기 포토레지스트 조성물로 형성하는 컬러필터의 제조 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 컬러필터의 제조 방법 중, 노광 공정을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 도 1의 노광 공정에서 이용되는 디지털 노광 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 도 2에 도시된 디지털 노광 장치를 이용한 노광 공정을 설명하기 위한 평면도이다.
도 4는 도 1의 노광 공정 후에 수행되는 현상 공정을 설명하기 위한 단면도이다.
도 5 및 도 6은 도 4에 도시된 컬러필터를 포함하는 표시 장치용 기판의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
이하, 먼저 본 발명에 따른 컬러필터 제조용 포토레지스트 조성물에 대해서 설명하고, 첨부한 도면들을 참조하여 상기 포토레지스트 조성물을 이용하여 컬러필터를 제조하는 방법에 대해서 보다 상세하게 설명한다.
포토레지스트 조성물
본 발명에 따른 포토레지스트 조성물은 바인더 수지, 모노머, 광개시제, 안료, 안료 분산제 및 용매를 포함한다. 이하에서는, 상기 포토레지스트 조성물의 성분들 각각에 대해서 구체적으로 설명한다.
(a) 바인더 수지
상기 바인더 수지는 컬러필터를 형성하는 주요 성분으로서, 상기 바인더 수지가 상기 컬러필터의 실질적인 실체가 될 수 있다. 일례로, 상기 바인더 수지는 아크릴계 수지를 포함할 수 있다. 상기 아크릴계 수지는 서로 다른 2 이상의 공중합 단위체들을 포함하는 폴리머로서, 상기 포토레지스트 조성물이 기판 상에 안정적으로 코팅되면서 적절한 밀도를 갖기 위해서 평균 분자량이 약 3,000 내지 약 50,000일 수 있다. 상기 평균 분자량은 폴리스티렌으로 환산한 중량 평균 분자량일 수 있다.
상기 아크릴계 수지를 구성하는 상기 공중합 단위체들의 예로서, 메타크릴산(methacrylic acid), 아크릴산(acrylic acid), 크로톤산(Crotonic acid), 말레산(maleic acid), 비닐 피롤리돈(vinyl pyrrolidone), 스티렌 단량체(styrene monomer), 메틸 메타크릴레이트(methyl methacrylate), 벤질 메타크릴레이트(benzyl methacrylate), 2-하이드록시에틸메타크릴레이트(2-Hydroxyethyl methacrylate), 아릴 메타크릴레이트(Aryl methacrylate) 또는 글리시딜 메타크릴레이트(Glycidyl methacrylate) 등을 들 수 있다. 즉, 상기와 같은 아크릴계 단량체 화합물들을 중합함으로써 상기 아크릴계 수지를 제조할 수 있다. 상기 아크릴계 수지를 제조하는 공정에서, 상기 아크릴계 단량체 화합물들의 중합을 위한 열 개시제로서, 2,2'-아조비스(2,4-디메틸)발레로니트릴[2,2'-Azobis(2,4-dimethyl)valeronitrile]를 이용할 수 있다. 상기 열 개시제의 함량은, 상기 아크릴계 수지를 제조하기 위한 성분들을 포함하는 조성물 전체 중량에 대해서 약 5 중량% 내지 약 20 중량%일 수 있다. 또한, 상기 아크릴계 수지를 제조하는 공정에서, 상기 아크릴계 단량체 화합물들의 중합을 멈추기 위한 중합 금지제로서 4-하이드록시벤조페논(4-Hydroxybenzophenone)을 이용할 수 있다. 상기 중합 금지제에 의해서, 상기 아크릴계 수지의 평균 분자량을 약 3,000 내지 약 50,000으로 조절할 수 있다. 이때, 상기 중합 금지제의 함량은, 상기 아크릴계 수지를 제조하기 위한 성분들을 포함하는 조성물 전체 중량에 대해서 0 중량% 초과 약 1 중량% 이하일 수 있다.
상기 바인더 수지의 함량은, 상기 포토레지스트 조성물의 전체 중량에 대해서, 약 5 중량% 미만인 경우, 상기 바인더 수지의 양이 충분하지 않아 상기 기판 상에 상기 포토레지스트 조성물이 코팅되기 어렵고, 상기 포토레지스트 조성물이 형성하는 코팅막의 형태 안정성이 낮다. 반면, 상기 바인더 수지의 함량이 약 10 중량%를 초과하는 경우, 상기 포토레지스트 조성물의 점도가 증가하고 상기 용매 내에서의 분산성이 저하되어 상기 기판 상에 상기 포토레지스트 조성물을 균일하게 도포하기 어렵다. 따라서, 상기 바인더 수지의 함량은, 상기 포토레지스트 조성물의 전체 중량에 대해서 약 5 중량% 이상 약 10 중량% 이하인 것이 바람직하다.
(b) 모노머
상기 모노머는 상기 바인더 수지의 광경화 속도를 조절할 수 있다. 즉, 상기 모노머에 의해서, 상기 포토레지스트 조성물의 광에 대한 반응 속도를 조절할 수 있다. 또한, 상기 모노머는 상기 포토레지스트 조성물로 형성된 코팅막을 열처리하는 공정에서 상기 바인더 수지의 가교 반응을 촉진할 수 있다. 상기 포토레지스트 조성물에 이용되는 모노머는, 다기능성 모노머(Multi-Functional Monomer) 및/또는 단일 기능성 모노머(Mono-Functional Monomer)를 포함할 수 있다. 상기 포토레지스트 조성물의 감도를 조절하기 위해서, 상기 다기능성 모노머와 상기 단일 기능성 모노머를 적절하게 선택하여 조합할 수 있다.
상기 다기능성 모노머의 구체적인 예로서는, 디펜타에리스리톨 헥사아크릴레이트(Dipentaerythritol Hexaacrylate), 펜타에리스리톨 트리아크릴레이트(Pentaerythritol triacrylate), 펜타에리스톨 테트라아크릴레이트(Pentaerythritol tetraacrylate), 트리메틸프로판 트리아크릴레이트(Trimethylpropane triacrylate), 트리메틸프로판 트리메타크릴레이트(Trimethylpropane trimethacrylate), 글리세롤 트리아크릴레이트(Glycerol triacrylate), 트리스(2-하이드록시 에틸) 이소시누레이트[Tris (2-Hydroxy Ethyl) Isocyanurate triacrylate], 디-트리메틸프로판 테트라아크릴레이트(Di-trimethylpropane tetraacrylate), 디펜타에리스리톨 펜타크릴레이트(Dipentaerythritol pentaacrylate) 또는 펜타에틸리톨 테트라아크릴레이트(Pentaerythritol tetraacrylate) 등을 들 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 2 이상이 혼합되어 사용될 수 있다.
상기 단일 기능성 모노머의 구체적인 예로서는, 글리시딜 메타크릴레이트(Glycidyl methacrylate), 하이드록시에틸메타크릴레이트(Hydroxyethyl methacrylate), 2-하이드록시 3-페녹시 프로필 아크릴레이트(2-Hydroxy 3-Phenoxy Propyl acrylate), 디에틸렌 그릴콜 메틸 에테르 메타크릴레이트(Diethylene glycol methyl ether methacrylate), 하이드록시 에틸 아크릴레이트(Hydroxy ethyl acrylate), 부틸 메타크릴레이트(Butyl methacrylate), 하이드록시 프로필아크릴레이트(Hydroxy propylacrylate), 2-페녹시에틸 아크릴레이트(2-Phenoxyethyl acrylate), 2-페녹시에틸 아크릴레이트(2-Pheonoxyethyl methacrylate), 3,3,5-트리메틸사이클로헥실 메타크릴레이트(3,3,5-trimethylcyclohexyl methacrylate), 이소보르닐 아크릴레이트(Isobornyl acrylate), 이소보르닐 메타크릴레이트(Isobornyl methacrylate), 이소데실 아크릴레이트(Isodecyl acrylate), 이소데실 메타크릴레이트(Isodecyl methacrylate), 이소옥틸 아크릴레이트(Isooctyl acrylate), 로릴 아크릴레이트(Lauryl acrylate), 스티릴 아크릴레이트(Stearyl acrylate), 테트라하이드로퍼퍼릴 아크릴레이트(Tetrahydrofurfuryl acrylate) 또는 트리데실 아크릴레이트(Tridecyl acrylate) 등을 들 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 2 이상이 혼합되어 사용될 수 있다.
상기 모노머의 함량이, 상기 포토레지스트 조성물의 전체 중량에 대해서, 약 5 중량% 미만인 경우, 상기 포토레지스트 조성물의 감도가 저하될 수 있다. 또한, 상기 모노머의 함량이 약 10 중량% 미만인 경우, 상기 포토레지스트 조성물의 감도가 증가하여 상기 포토레지스트 조성물을 이용하여 상기 컬러필터를 형성하는 공정의 포토 마진을 미세하게 튜닝하지 못할 수 있다. 따라서, 상기 모노머 함량은, 상기 포토레지스트 조성물의 전체 중량에 대해서 약 5 중량% 이상 약 10 중량% 이하인 것이 바람직하다.
(c) 광개시제
상기 광개시제는 h-라인의 파장 범위, 즉, 약 400 nm 내지 약 410 nm의 파장 범위를 갖는 광에 의해서 활성화되는 화합물을 포함한다. 상기 광개시제는 광에 의해 라디칼(radical)을 발생하고, 상기 라디칼이 상기 바인더 수지의 경화 반응을 개시하고 활성화시킬 수 있다. 상기 컬러필터를 형성하는 공정 중, 노광 공정에 이용되는 디지털 노광 장치는 다수의 마이크로 미러들과 상기 마이크로 미러들에 광을 제공하는 광원을 포함하는데, 상기 광원이 I-라인의 파장 범위의 광을 발생하는 경우에는 상기 마이크로 미러들이 쉽게 열화되고 산화되어 상기 디지털 노광 장치를 손상시킨다. 이를 방지하기 위해서, 상기 디지털 노광 장치는 상기 h-라인의 파장 범위의 광을 제공하는 광원을 이용하는데, 이때, 상기 광개시제가 상기 광원이 제공하는 광에 대한 흡광도가 높다. 즉, 상기 광개시제는 상기 광원이 제공하는 광의한 활성도가 최대가 될 수 있다. 활성화된 광개시제는 라디칼을 발생하고 상기 포토레지스트 조성물의 광반응을 개시할 수 있어, 상기 포토레지스트 조성물이 상기 h-라인의 파장 범위를 갖는 광에 대한 광감도가 향상될 수 있다.
상기 광개시제의 구체적인 예로서는, 비스아실 포스핀계 화합물(Bis Acyl phosphine based compound), 메타로센계화합물(metallocene based compound), 모노아실 포스핀계 화합물(Mono Acyl phosphine based compound) 또는 알파-하드록시케톤계 화합물(α-hydroxyketone based compound) 등을 들 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 2 이상이 조합되어 이용될 수 있다.
상기 광개시제의 보다 구체적인 예로서는, Irgacure 819[상품명, Ciba사, 스위스, 페닐 비스(2,4,6-트리메틸벤조일) 포스핀 옥사이드, Phenyl bis (2,4,6-trimethyl benzoyl) Phosphine oxide], Darocur TPO[상품명, Ciba사, 스위스, 디페닐(2,4,6-트리메틸벤조일) 포스핀 옥사이드, Diphenyl (2,4,6-trimethylbenzoyl) Phosphine oxide], Irgacure 2100[상품명, Ciba사, 스위스, 페닐 비스(2,4,6-트리메틸벤조일) 포스핀 옥사이드, Phenyl bis(2,4,6-trimethylbenzoyl) Phosphine oxide] 또는 Irgacure 784[상품명, Ciba사, 스위스, 비스(에타 5-2,4-사이클로펜타디엔-1-일) 비스 [2,6-디플루오르-3-(1H-피롤-1-일)페닐)티타늄, Bis(eta 5-2,4-cyclopentadien-1-yl) Bis[2,6-difluoro-3-(1H-pyrrol-1-yl)phenyl]titanium] 등을 들 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 2 이상이 혼합되어 사용될 수 있다.
일례로, 종래의 포토레지스트 조성물에 주로 이용된 광개시제인 Irgacure 369의 경우에는, i-라인으로서 약 365 nm의 광에 대한 흡광도가 최대이고 h-라인으로서 약 405 nm의 광에 대한 흡광도는 매우 낮다. 반면, 본 발명의 포토레지스트 조성물에 이용되는 광개시제인 Irgacure 819의 경우, 약 405nm에 대한 흡광도가 최대이므로, 상기 포토레지스트 조성물의 노광 공정에서 h-라인의 파장 범위의 광을 발광하는 광원을 이용하는 노광 장치를 이용할 때, 상기 포토레지스트 조성물의 광특성을 상기 노광 장치에 최적화시킬 수 있다.
상기 광개시제의 함량이, 상기 포토레지스트 조성물의 전체 중량에 대해서, 약 1 중량% 미만인 경우, 상기 포토레지스트 조성물의 광에 대한 반응성이 매우 낮고, 상기 포토레지스트 조성물의 광반응이 충분히 일어나지 못한다. 또한, 상기 광개시제의 함량이 약 15 중량% 초과인 경우, 상기 광개시제의 활성화에 의해서 상기 포토레지스트 조성물의 광반응 속도를 제어하기 매우 어렵고, 상기 코팅막의 표면에 비해 상대적으로 상기 코팅막의 하부에서 광반응이 충분히 일어나지 못한다. 따라서, 상기 광개시제의 함량은, 상기 포토레지스트 조성물의 전체 중량에 대해서 약 1 중량% 이상 약 15 중량% 이하인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게, 상기 광개시제의 함량은, 약 1 중량% 내지 약 5 중량%일 수 있다.
(d) 안료
상기 안료는 상기 포토레지스트 조성물이 컬러를 나타내도록 하는 성분으로서, 상기 안료에 포함되는 화합물들의 조합으로 상기 포토레지스트 조성물은 다양한 컬러를 나타내는 컬러필터를 제조할 수 있다. 상기 안료로 이용되는 구체적인 화합물의 예로서는, C.I 피그먼트 레드 (C.I pigment red) 177, C.I 피그먼트 레드 254, C.I 피그먼트 그린 (C.I pigment green) 36, 또는 C.I 피그먼트 블루 (C.I pigment blue)156 등을 들 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 2 이상을 조합하여 이용할 수 있다.
상기 안료의 함량은, 상기 포토레지스트 조성물의 전체 중량에 대해서, 약 1 중량% 미만인 경우, 상기 안료에 의한 상기 컬러필터의 착색 효과가 충분하지 못하여 색재현성이 저하된다. 또한, 상기 안료의 함량이 약 10 중량% 초과인 경우, 오히려 상기 컬러필터의 광 투과율이 저하되어 표시 품질을 저하시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 안료의 함량은, 상기 포토레지스트 조성물의 전체 중량에 대해서 약 1 중량% 이상 약 10 중량% 이하인 것이 바람직하다.
(e) 안료 분산제
상기 안료 분산제는 상기 안료의 표면을 커버하여 서로 인접한 안료들 사이의 응집을 억제하는 화합물이다. 즉, 상기 안료 분산제에 의해서, 상기 포토레지스트 조성물에서 상기 안료가 균일하게 분산될 수 있다.
상기 안료 분산제의 구체적인 예로서는, BYK-200(상품명, BYK-chemie사, 독일), BYK-2001, BYK-161, BYK-163, BYK-160, BYK-161, PD-7000(상품명, CRODA사, 독일), DFKA-4330(상품명, BASF사, 독일), 또는 Disper-650(상품명, Evonik사, 독일) 등을 들 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 2 이상이 혼합되어 이용될 수 있다.
상기 안료 분산제의 함량이, 상기 포토레지스트 조성물의 전체 중량에 대해서, 약 0.01 중량% 미만인 경우, 상기 안료를 분산시킬 수 없다. 또한, 상기 안료 분산제의 함량이 약 1 중량%를 초과하는 경우, 상기 안료 분산제가 상기 포토레지스트 조성물에서 상기 안료의 착색 효과를 방해할 수 있다. 따라서, 상기 안료 분산제의 함량은 약 0.01 중량% 이상 약 1 중량% 이하인 것이 바람직하다.
(f) 용매
상기 용매는, 상기 바인더 수지, 상기 모노머, 상기 광개시제, 상기 안료 및 상기 안료 분산제를 분산시켜 용액 상태로 만들 수 있다. 상기 용매의 종류는 특별히 한정되지 않지만, 상기 포토레지스트 조성물이 상기 기판에 코팅된 후에 증발되어 균일하고 평탄한 코팅막을 형성할 수 있도록, 상기 용매의 건조 속도가 제어될 수 있는 것을 사용할 수 있다. 상기 용매의 구체적인 예로서는, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트(Propylene Glycol Monomethyl Ether Acetate), 에틸 에톡시 프로피오네이트(Ethyl Ethoxy Propionate), 사이클로헥사논(Cyclohexanone), 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트(Dipropylene Glycol Monomethyl Ether Acetate), n-부틸아세테이트(n-butylacetate), 이소부틸 아세테이트(Isobutyl acetate), 에틸렌 글리콜 모노메틸 아세테이트(Ethylene Glycol Monomethyl Acetate), 에틸렌 글리콜 n-부틸 아세테이트(Ethylene Glycol n-butyl Acetate), 디에틸렌 글리콜 디메틸 에테르(Diethylene Glycol Dimethyl Ether), 디프로필렌 글리콜 모노메틸 아세테이트(Dipropylene Glycol Monomethyl Acetate), 디에틸렌 글리콜 메틸 에테르(Diethylene Glycol Methyl Ether), 디프로필렌 글리콜 n-부틸 에테르(Dipropylene Glycol n-Butyl Ether), 트리프로필렌 글리콜 n-부틸 에테르(Tripropylene Glycol n-butyl Ether), 트리프로필렌 글리콜 메틸 에테르(Tripropylene Glycol Methyl Ether), 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트(Propylene Glycol Methyl Ether Acetate), 프로필렌 글리콜 디아세테이트(Propylene Glycol Diacetate), Cyclohexanone, 3-에톡시 프로피온산 메틸(3-Ethoxy Prionate acid methyl), 메탄올(Methanol), 에탄올(Ethanol), 메틸 셀루솔브 모노메틸 에테르(Methyl cellusolve monomethyl ether), 에틸 셀루솔브 아세테이트(Ethyl cellusolve acetate), 디에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르(Diethylene glycol monomethyl ether), 메틸에틸 케톤(Methylethyl ketone), 4-하이드록시 4-메틸2-펜탄온(4-Hydroxy 4-methyl 2-pentanone), 또는 2-하이드록시 2-메틸프로피온산 에틸(2-Hydroxy 2-methylproprionate acid ethyl) 등을 들 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 2 이상이 혼합되어 사용될 수 있다.
상기 용매는, 상기 바인더 수지, 상기 모노머, 상기 광개시제, 상기 안료 및 상기 안료 분산제를 제외한 여분의 함량을 갖는다. 즉, 상기 바인더 수지, 상기 모노머, 상기 광개시제, 상기 안료 및 상기 안료 분산제에, 상기 용매가 더해져 상기 포토레지스트 조성물의 전체 중량을 약 100 중량%로 할 수 있다.
일례로, 상기 바인더 수지가 약 5 중량% 내지 약 10 중량%이고, 상기 모노머가 약 5 중량% 내지 약 10 중량%이며, 상기 광개시제가 약 1 중량% 내지 약 15 중량%, 상기 안료가 약 1 중량% 내지 약 10 중량% 및 상기 안료 분산제가 약 0.01 중량% 내지 약 1 중량%인 경우, 상기 용매는 약 54.99 중량% 내지 약 73.99 중량%일 수 있다.
상기 포토레지스트 조성물은, 상기 바인더 수지, 상기 모노머, 상기 광개시제, 상기 안료, 상기 안료 분산제 및 상기 용매 외에 추가적으로, 증감제(sensitizer), 파장 시프터(wavelength shifter) 및/또는 첨가제를 더 포함할 수 있다. 이하에서는, 상기 증감제, 상기 파장 시프터 및 상기 첨가제 각각에 대해서 구체적으로 설명한다.
(g) 증감제
상기 증감제는 상기 광개시제의 활성화 에너지(activation energy)를 낮출 수 있다. 즉, 상기 증감제가 상기 포토레지스트 조성물의 광흡수율을 증가시킬 수 있으므로, 상기 포토레지스트 조성물이 상기 광개시제와 함께 상기 증감제를 포함하는 경우, 상기 증감제를 포함함에 따라 상기 광개시제의 함량을 줄일 수 있다. 또한, 상기 증감제를 이용하는 경우, 상기 모노머로서 사용될 수 있는 상기 다기능성 모노머 및 상기 단일 기능성 모노머의 종류를 다양화시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 포토레지스트 조성물의 포토 마진을 미세하게 튜닝할 수 있다.
상기 증감제의 구체적인 예로서는, 디에틸렌티오산톤(Diethylenethioxanthone, DETX), 비올란트론(Violanthrone), 이소비올란트론(Isoviollanthrone), 플루오레세인(Fluoresceine), 루브렌(Rubrene), 9,10-디페닐안트라센(9,10-Diphenyllanthracene), 테트라센(Tetracene), 13,13"-디벤즈안트론(13,13"-Dibenzanthrone) 또는 레불린산(Levulinic Acid) 등을 들 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 2 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 증감제의 함량은, 상기 포토레지스트 조성물의 전체 중량에 대해서, 약 5 중량% 초과인 경우, 상기 포토레지스트 조성물의 용해성(solubility)이 저하될 수 있다. 따라서, 상기 증감제의 함량은 약 5 중량% 이하인 것이 바람직하다. 즉, 상기 포토레지스트 조성물이 상기 증감제를 포함하는 경우, 상기 증감제의 함량은 약 0 중량% 초과 약 5 중량% 이하가 된다. 반대로, 상기 포토레지스트 조성물이 상기 증감제를 포함하지 않는 경우, 상기 증감제의 함량은 약 0 중량%이다.
상기 포토레지스트 조성물이 상기 증감제를 더 포함하는 경우, 상기 용매는 약 49.99 중량% 초과 약 68.99 중량% 미만일 수 있다.
(h) 파장 시프터(wavelength shifter)
상기 파장 시프터는 상기 광개시제 및 상기 증감제를 조력하여 상기 포토레지스트 조성물이 h-라인의 파장 범위의 광에 대한 감도를 향상시킬 수 있다. 상기 파장 시프터에 의해서, 상기 포토레지스트 조성물이 흡수하는 광의 파장 범위를 h-라인의 파장 범위에 보다 용이하게 시프트 시킬 수 있다.
상기 파장 시프터의 구체적인 예로서는, N-(2-페닐-1,3-벤조옥사졸-5-일)나프탈렌-1-1 카복사마이드[N-(2-phenyl-1,3-benzoxazol-5-yl)naphthalene-1-1carboxamide] 또는 7-(디에틸아미노)-4-(트리플루오르메틸)-2H-크로멘-2-온[7-(diethylamino)-4-(trifluoromethyl)-2H-Chromen-2-one] 등을 들 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 2 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 파장 시프터의 함량은, 상기 포토레지스트 조성물 전체 중량에 대해서, 약 8 중량% 초과인 경우, 상기 광개시제 및 상기 증감제와 함께 광에 반응하는 화합물의 함량이 지나치게 많아짐으로써 상기 포토레지스트 조성물의 광감도를 제어하기 어렵다. 따라서, 상기 파장 시프터의 함량은 약 8 중량% 이하인 것이 바람직하다. 즉, 상기 포토레지스트 조성물이 상기 파장 시프터를 포함하는 경우, 상기 파장 시프터의 함량은 약 0 중량% 초과 약 8 중량% 이하가 된다. 반대로, 상기 포토레지스트 조성물이 상기 파장 시프터를 포함하지 않는 경우, 상기 파장 시프터의 함량은 약 0 중량%이다.
상기 포토레지스트 조성물이 상기 광개시제 및 상기 증감제와 함께, 상기 파장 시프터를 더 포함하는 경우, 상기 용매는 약 41.99 중량% 초과 약 60.99 중량%미만일 수 있다.
(i) 첨가제
상기 포토레지스트 조성물은 계면 활성제, 접착력 강화제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 첨가제는 상기 포토레지스트 조성물의 전체 중량에 대해서 0 중량% 내지 약 1 중량% 이하를 포함한다. 상기 첨가제의 함량이 약 1 중량% 초과인 경우에는 상기 첨가제에 의해 상기 포토레지스트 조성물의 특성이 오히려 저하될 수 있다. 이하에서는, 상기 첨가제로서 주로 이용되는 상기 계면 활성제 및 상기 접착력 강화제에 대해서 설명한다.
(i-1) 계면 활성제(surfactant)
상기 계면 활성제는 상기 포토레지스트 조성물로 형성하는 컬러필터와 그의 하부막 또는 기판 사이의 계면 장력을 감소시켜, 상기 하부막 또는 상기 기판 상에 상기 코팅막을 균일하게 형성할 수 있다. 상기 계면 활성제의 구체적인 예로서는, FZ-2110(상품명, Dow Corning사, 미국), FZ-2122, BYK-345(상품, BYK사, 미국), BYK346, 또는 BYK-34 등을 들 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 2 이상을 혼합하여 이용할 수 있다.
(i-2) 접착력 강화제
상기 접착력 강화제는 상기 기판이 무기물로 형성되는 유리 기판인 경우, 유기물인 상기 포토레지스트 조성물과 상기 유리 기판 사이의 접착력을 향상시킬 수 있다. 상기 접착력 강화제는 화합물 내에 유기 작용기와 무기 작용기를 모두 포함하는 실란 커플링제 또는 멜라민 가교제 등을 포함할 수 있다.
상기 실란 커플링제의 예로서는, KBM-303(상품명, Shitetsu사, 일본), KBM-403, KBE-402 또는 KBE-40 등을 들 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 2 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 또한, 상기 멜라민 가교제의 예로서는, MW-30M(상품명, 비전테크, 한국), MX706(상품명, 비전테크, 한국) 등을 들 수 있다.
상기에서 설명한 바에 따르면, 본 발명에 따른 포토레지스트 조성물이 h-라인의 파장대인 약 400 nm 내지 약 410 nm의 파장을 갖는 광에 의해 활성화되는 상기 광개시제를 포함함으로써 h-라인의 광을 발생하는 광원을 포함하는 디지털 노광 장치에 대한 광특성이 향상될 수 있다. 또한, 상기 포토레지스트 조성물은 상기 증감제를 더 포함함으로써 상기 디지털 노광 장치에 대한 광특성이 향상될 수 있다. 나아가, 상기 포토레지스트 조성물은 상기 증감제와 함께, 상기 파장 시프터를 더 포함함으로써 상기 디지털 노광 장치에 대한 광특성이 향상될 수 있다. 이에 따라, 상기 포토레지스트 조성물로 형성하는 컬러필터의 제조 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 포토레지스트 조성물을 이용하여 컬러필터를 형성하는 방법에 대해서 첨부한 도면들을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 컬러필터의 제조 방법 중, 노광 공정을 설명하기 위한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 베이스 기판(10) 상에 차광 패턴(20)을 형성하고, 상기 차광 패턴(20)이 형성된 상기 베이스 기판(10) 상에 컬러필터 제조용 포토레지스트 조성물을 코팅하여 코팅막(30)을 형성한다.
상기 베이스 기판(10)은 유리 기판 또는 소다 라임 기판을 포함할 수 있다.
상기 차광 패턴(20)은 상기 베이스 기판(10)의 제1 방향으로 연장된 제1 스트라인 패턴과 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장된 제2 스트라이프 패턴을 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 스트라이프 패턴들에 의해서, 상기 차광 패턴(20)은 상기 베이스 기판(10)에 매트릭스형으로 배치된 다수의 개구부들을 정의할 수 있다. 상기 차광 패턴(20)은 차광막을 사진 식각 공정을 통해서 패터닝하여 형성할 수 있다. 상기 차광 패턴(20)은 경우에 따라 생략될 수 있다.
상기 컬러필터 제조용 포토레지스트 조성물은, 바인더 수지, 모노머, 약 400 nm 내지 약 410 nm의 파장 범위를 갖는 광에 의해서 활성화되는 광개시제, 안료, 안료 분산제 및 용매를 포함한다. 상기 포토레지스트 조성물은, 증감제 및/또는 파장 시프터를 더 포함할 수 있다. 상기 컬러필터 제조용 포토레지스트 조성물은, 상기에서 설명한 본 발명에 따른 포토레지스트 조성물과 실질적으로 동일하므로, 중복되는 상세한 설명은 생략한다. 상기 포토레지스트 조성물의 상기 안료의 종류에 따라, 상기 포토레지스트 조성물이 형성하는 컬러필터의 컬러가 결정될 수 있다.
상기 코팅막(30)은 침지, 분무, 회전 또는 스핀 코팅 방법 등을 이용하여 형성할 수 있다. 상기 코팅막(30)은 프리 베이크(prebake)를 수행함으로써, 상기 포토레지스트 조성물 중의 상기 용매는 증발하고 상기 용매를 제외한 고체 성분은 열분해 되지 않으면서 상기 베이스 기판(10) 상에 잔류할 수 있다.
이어서, 상기 코팅막(30)이 형성된 상기 베이스 기판(10)을 노광한다. 상기 코팅막(30)을 노광하는 공정에서는, h-라인의 파장 범위를 갖는 광을 이용한다. 구체적으로, 상기 h-라인의 파장 범위는 약 400 nm 내지 약 410 nm일 수 있다. 상기 코팅막(30)의 노광 공정에서는, 상기 h-라인의 파장 범위를 갖는 광을 방출하는 광원을 포함하는 디지털 노광 장치(300, 도 2 참조)를 이용하여 상기 코팅막(30) 상에 별도의 차광 마스크 없이 상기 코팅막(30)을 노광할 수 있다. 상기 디지털 노광 장치(300)는 광을 제공할 영역과 광을 제공하지 않을 영역을 선택적으로 결정할 수 있다. 즉, 상기 디지털 노광 장치(300)는 별도의 차광 마스크 없이 상기 베이스 기판(10)의 차광 영역(LBA)으로는 광을 제공하지 않고 노광 영역(LEA)으로는 광을 제공한다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 상기 코팅막(30)의 상기 노광 공정에 이용되는 상기 디지털 노광 장치(300)와, 상기 디지털 노광 장치(300)를 이용한 상기 노광 공정에 대해서 보다 구체적으로 설명한다.
도 2는 도 1의 노광 공정에서 이용되는 디지털 노광 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2를 참조하면, 상기 디지털 노광 장치(300)는 광을 생성하는 광원(200), 상기 광원(200)이 제공하는 광을 제공받는 광학 헤드(100) 및 상기 광학 헤드(100)로부터 광을 제공받는 스테이지(STA)를 포함할 수 있다. 상기 스테이지(STA) 상에 도 1에 도시된 상기 코팅막(30)이 형성된 상기 베이스 기판(10)이 배치된다. 도 2에서는, 상기 코팅막(30)이 형성된 상기 베이스 기판(10)을 통칭하여"기판(SUB)"으로 나타낸다.
상기 광원(200)은 레이저 빔을 상기 광학 헤드(100)로 제공할 수 있다. 상기 광원(200)은 h-라인의 파장 범위를 갖는 광을 상기 광학 헤드(100)로 제공할 수 있다. 상기 광원(200)이 h-라인의 파장 범위를 갖는 광을 생성함으로써, 상기 광학 헤드(100)의 마이크로 미러들(122)이 열화 및 산화되는 것을 방지할 수 있다.
상기 광학 헤드(100)는 빔 스플리터(beam splitter, 110), 디지털 마이크로-미러 장치(Digital Micro-mirror Device, 120, 이하, DMD) 및 광학계(130)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 빔 스플리터(110)는 상기 광원(200)에서 제공되는 상기 레이저 빔을 반사 및 투과시킨다. 상기 빔 스플리터(110)에 의해 반사된 레이저 빔은 상기 DMD(120)에 제공된다. 상기 빔 스플리터(110)는 상기 DMD(120)가 제공하는 광을 투과시켜 상기 광학계(130)에 제공할 수 있다.
상기 DMD(120)는 상기 다수의 마이크로-미러들(122)을 포함한다. 상기 마이크로-미러들(122)은 m ㅧ n의 매트릭스 형태로 배열될 수 있다. 상기 마이크로-미러들(122) 각각이 상기 빔 스플리터(110)로부터 제공받은 광을 반사시킬 수 있다. 상기 DMD(120)는 상기 스테이지(STA)에 놓인 상기 기판(SUB)에 전사될 화상 데이터에 기초하여 상기 빔 스플리터(110)로부터 제공받은 광을 선택적으로 반사할 수 있다. 도시하지 않았으나, 상기 광학 헤드(100)는 상기 화상 데이터에 기초하여 상기 마이크로-미러들(122) 각각을 제어하는 미러 제어부를 더 포함할 수 있다. 상기 미러 제어부는 상기 마이크로-미러들(122)의 온/오프를 조절하는 신호를 출력할 수 있다. 상기 마이크로-미러들(122)이 상기 미러 제어부로부터 모두 온 데이터를 받는 경우, 상기 마이크로-미러들(122)의 개수와 실질적으로 동일한 개수의 반사 빔들이 상기 광학계(130)로 출력될 수 있다.
상기 광학계(130)는 다수의 렌즈들을 포함한다. 상기 광학계(130)는 상기 DMD(120)로부터 입사되는 상기 반사 빔들을 다수의 스팟 빔들(spot beams, SB)로 변환시킬 수 있다. 상기 광학계(130)는 상기 DMD(120)로부터 입사되는 상기 반사 빔들을 집광시키고 상기 반사 빔들 간의 거리를 확대시킬 수 있다.
상기 디지털 노광 장치(300)는 상기 스테이지(STA)에 놓인 상기 노광 처리 기판(SUB)에 상기 스팟 빔들(SB)을 조사하여 노광시킬 수 있다. 즉, 상기 베이스 기판(10) 상에 형성된 상기 코팅막(30)이 상기 디지털 노광 장치(300)에 의해 상기 차광 영역(LBA)에서는 광을 제공받지 않고, 상기 노광 영역(LEA)에서는 광을 제공받을 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 디지털 노광 장치를 이용한 노광 공정을 설명하기 위한 평면도이다.
도 3을 참조하면, 상기 DMD(120)는 스캔 방향(MD)인 제1 방향(D1)에 대해서 수직한 제2 방향(D2)으로 연속된 선이나 면적을 노광시키기 위해서, 상기 기판(SUB)에 대해서 소정 각도(θ)로 경사진 상태로 고정된다. 이에 따라, 상기 기판(SUB)과 상기 DMD(320)가 제3 방향(D3)으로 경사진 상태로 배치된다. 상기 DMD(120)가 특정 위치에 고정된 상태에서, 상기 기판(SUB)이 일 방향(MD)으로 이동함에 따라 상기 기판(SUB)의 일 영역에서는 상기 스팟 빔들(SB)이 시간에 따라 중첩되어 조사된다. 상기 스팟 빔들(SB)은 상기 마이크로-미러(122)의 온/오프에 따라서 선택적으로 상기 기판(SUB)으로 제공될 수 있다.
일례로, 상기 차광 영역(LBA)에 대응하는 마이크로-미러(122)는 오프 데이터를 제공받고 상기 노광 영역(LEA)에 대응하는 마이크로-미러(122)는 온 데이터를 제공받는다. 상기 마이크로-미러(122)가 오프 데이터를 제공받는 경우에는 실질적으로 상기 기판(SUB)에는 스팟 빔이 제공되지 않는다. 상기 마이크로-미러(122)가 온 데이터를 제공받는 경우 상기 기판(SUB)에는 스팟 빔(SB)이 제공된다. 설명의 편의를 위하여, 상기 마이크로-미러(122)가 오프 데이터를 받아 상기 차광 영역(LBA) 상에 배치되는 경우의 스팟을 "●"로 표시하고 "차광 지점"이라고 지칭한다. 또한, 상기 마이크로-미러(122)가 온 데이터를 받아 상기 노광 영역(LEA) 상에 배치되는 경우의 스팟 빔을 "○"으로 표시하고 "노광 지점"이라고 지칭한다.
도 3에 도시된 것과 같이 평면적으로 볼 때 사각형을 갖는 상기 노광 영역(LEA)에 대한 화상 데이터를 상기 디지털 노광 장치(300)에 입력하면, 상기 마이크로-미러들(122) 각각에 온/오프 데이터들을 전송한다.
상기 마이크로 미러(122)가 상기 노광 영역(LEA) 상에 배치되는 경우, 상기 마이크로 미러(122)는 온 데이터를 받아 상기 기판(SUB)에 노광 지점(A11)을 정의한다. 상기 차광 영역(LBA)에 배치된 마이크로-미러(122)는 오프 데이터를 받아 상기 기판(SUB)에 차광 지점(A12)을 정의하게 된다. 상기 기판(SUB)이 상기 스캔 방향(MD)으로 이동함에 따라, 이전 단계에서 상기 노광 영역(LEA)에서 차광 지점(A12)을 정의한 상기 마이크로-미러(122)가 상기 노광 영역(LEA)에 배치된다. 이에 따라, 이전 단계에서 상기 차광 지점(A12)을 정의한 상기 마이크로-미러(122)는 상기 노광 영역(LEA)에서는 온 데이터를 받아 상기 기판(SUB)의 노광 지점을 정의할 수 있다.
이와 같은 단계들을 거쳐, 상기 노광 영역(LEA)은 상기 스팟 빔들(SB)을 연속적으로 제공받고, 상기 차광 영역(LBA)은 상기 스팟 빔들(SB)을 제공받지 받지 못한다.
도 4는 도 1의 노광 공정 후에 수행되는 현상 공정을 설명하기 위한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 상기 디지털 노광 장치(300)를 이용하여 노광된 상기 코팅막(30)을 현상하여 제1 컬러필터(32)를 형성한다.
상기 코팅막(30)은 현상액에 침지되어 현상되거나, 상기 현상액을 상기 코팅막(30)이 형성된 상기 베이스 기판(10)에 분사함으로써 현상될 수 있다. 상기 코팅막(30)의 현상 공정에서, 상기 노광 영역(LEA)의 상기 코팅막(30)은 상기 베이스 기판(10) 상에 잔류하고 상기 차광 영역(LBA)의 상기 코팅막(30)은 상기 현상액에 용해되어 상기 베이스 기판(10)으로부터 제거될 수 있다. 이에 따라, 상기 베이스 기판(10) 상에 상기 제1 컬러필터(32)가 형성될 수 있다.
추가적으로, 상기 제1 컬러필터(32)가 형성된 상기 베이스 기판(10)에 대해서 포스트 베이크(post-bake) 처리한다. 상기 포스트 베이크 공정을 통해서 상기 제1 컬러필터(32)와 상기 베이스 기판(10) 사이의 접착성 및 내화학성이 증진될 수 있다. 상기 포스트 베이크 공정은, 상기 컬러필터(32)의 연화점 이하의 온도에서 이루어질 수 있다.
도 5 및 도 6은 도 4에 도시된 컬러필터를 포함하는 표시 장치용 기판의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 5를 참조하면, 상기 제1 컬러필터(32)가 형성된 상기 베이스 기판(110) 상에 상기 제2 컬러필터(42)를 형성한다. 상기 제2 컬러필터(42)는, 염료의 종류를 제외하고는 상기 제1 컬러필터(32)를 형성한 포토레지스트 조성물과 실질적으로 동일한 포토레지스트 조성물을 이용하여 도 1 내지 도 4에서 설명한 것과 실질적으로 동일한 공정으로 형성할 수 있다. 따라서, 중복되는 구체적인 설명은 생략한다.
상기 제2 컬러필터(42)를 형성하는 포토레지스트 조성물에 포함된 안료는, 상기 제1 컬러필터(32)를 형성하는 포토레지스트 조성물에 포함된 안료와 다르다. 예를 들어, 상기 제1 컬러필터(32)는 레드를 나타내고, 상기 제2 컬러필터(42)는 그린을 나타낼 수 있다. 상기 제2 컬러필터(42)를 형성하는 공정에서도, 상기 제2 컬러필터(42)의 형성 영역에 선택적으로 광을 제공하는 상기 디지털 노광 장치(300)를 이용할 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 제1 및 제2 컬러필터들(32, 42)이 형성된 상기 베이스 기판(110) 상에 상기 제3 컬러필터(52) 및 공통 전극(60)을 형성한다.
상기 제3 컬러필터(52)는, 염료의 종류를 제외하고는 상기 제1 컬러필터(32)를 형성한 포토레지스트 조성물과 실질적으로 동일한 포토레지스트 조성물을 이용하여 도 1 내지 도 4에서 설명한 것과 실질적으로 동일한 공정을 통해서 형성할 수 있다. 따라서, 중복되는 구체적인 설명은 생략한다.
상기 제3 컬러필터(52)를 형성하는 포토레지스트 조성물에 포함된 안료는, 상기 제1 컬러필터(32) 및 제2 컬러필터(42)를 형성하는 포토레지스트 조성물에 포함된 안료와 다르다. 예를 들어, 상기 제1 컬러필터(32)는 레드를 나타내고, 상기 제2 컬러필터(42)는 그린을 나타낼 때, 상기 제3 컬러필터(52)는 블루를 나타낼 수 있다. 상기 제3 컬러필터(52)를 형성하는 공정에서도, 상기 제3 컬러필터(52)의 형성 영역에 선택적으로 광을 제공하는 상기 디지털 노광 장치(300)를 이용할 수 있다. 즉, 상기 제1 및 제2 컬러필터들(32, 42)이 형성된 영역은, 상기 제3 컬러필터(52)를 형성하는 공정에서는 차광 영역으로 정의될 수 있다.
상기 제1 내지 제3 컬러필터들(32, 42, 52)이 형성된 상기 베이스 기판(110) 상에 상기 공통 전극(CE)을 형성한다. 상기 공통 전극(CE)은 투명한 도전성 물질로 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 공통 전극(CE)은 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide, ITO) 또는 인듐 징크 옥사이드(indium zinc oxide, IZO)로 형성될 수 있다. 상기 공통 전극(CE)은, 횡전계 표시 장치에서는 대향 기판에 형성되기 때문에 생략될 수 있다.
상기에서 설명한 바에 따르면, 본 발명에 따른 포토레지스트 조성물을 이용하여 상기 컬러필터들(32, 42, 52)을 별도의 마스크가 필요하지 않은 상기 디지털 노광 장치(300)를 이용하여 형성함으로써 상기 마스크에 의해 발생하는 제조비용을 줄일 수 있다. 상기 포토레지스트 조성물은 상기 디지털 노광 장치(300)의 상기 h-라인 영역의 파장 광에 대한 광감도가 좋기 때문에 상기 컬러필터들(32, 42, 52)의 형성 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이상에서 상세하게 설명한 바에 의하면, 컬러필터를 형성하는 포토레지스트 조성물이 h-라인의 파장대인 약 400 nm 내지 약 410 nm의 파장을 갖는 광에 의해 활성화되는 광개시제를 포함함으로써 디지털 노광 장치에 대한 광특성이 향상될 수 있다. 또한, 상기 컬러필터 제조용 포토레지스트 조성물은 증감제(sensitizer) 및/또는 파장 시프터(wavelength shifter)를 더 포함함으로써, 상기 디지털 노광 장치에 대한 광특성이 향상될 수 있다. 이에 따라, 상기 포토레지스트 조성물로 형성하는 컬러필터의 제조 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 베이스 기판 20: 차광 패턴
30: 코팅막 32, 42, 52: 제1, 제2, 제3 컬러필터
300: 디지털 노광 장치 200: 광원
100: 광학계 LBA: 차광 영역
LEA: 노광 영역

Claims (20)

  1. 바인더 수지 5 중량% 내지 10 중량%;
    모노머 5 중량% 내지 10 중량%;
    400nm 내지 410nm 파장범위의 광에 활성화되는 광개시제 1 중량% 내지 15 중량%;
    안료 1 중량% 내지 10 중량%;
    안료 분산제 0.01 중량% 내지 1 중량%;
    증감제 0 중량% 초과 5 중량%;
    파장 시프터(wavelength shifter) 0 중량% 초과 8 중량%; 및
    여분의 용매를 포함하고,
    상기 증감제는, 디에틸렌티오산톤(Diethylenethioxanthone, DETX), 비올란트론(Violanthrone), 이소비올란트론(Isoviolanthrone), 플루오레세인(Fluoresceine), 루브렌(Rubrene), 9,10-디페닐안트라센(9,10-Diphenylanthracene), 테트라센(Tetracene), 13,13”-디벤즈안트론(13,13”-Dibenzanthrone), 및 레불린산(Levulinic Acid)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하고,
    상기 파장 시프터는 N-(2-페닐-1,3-벤조옥사졸-5-일)나프탈렌-1-1 카복사마이드[N-(2-phenyl-1,3-benzoxazol-5-yl)naphthalene-1-1carboxamide]를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터 제조용 포토레지스트 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광개시제는
    비스아실 포스핀계 화합물(Bis Acyl phosphine based compound), 메타로센계화합물(metallocene based compound), 모노아실 포스핀계 화합물(Mono Acyl phosphine based compound) 및 알파-하드록시케톤계 화합물(@-hydroxyketone based compound)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터 제조용 포토레지스트 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 광개시제는
    Irgacure 819[상품명, Ciba사, 스위스, 페닐 비스(2,4,6-트리메틸벤조일) 포스핀 옥사이드, Phenyl bis (2,4,6-trimethyl benzoyl) Phosphine oxide], Darocur TPO[상품명, Ciba사, 스위스, 디페닐(2,4,6-트리메틸벤조일) 포스핀 옥사이드, Diphenyl (2,4,6-trimethylbenzoyl) Phosphine oxide], Irgacure 2100[상품명, Ciba사, 스위스, 페닐 비스(2,4,6-트리메틸벤조일) 포스핀 옥사이드, Phenylbis(2,4,6-trimethylbenzoyl) Phosphine oxide], Drocur 1173 (상품명, Ciba사, 스위스, 2-하이트록시-2-메틸-1-페닐-1-프로판온, 2-Hydroxy-2-methyl-1-phenyl-1-propanone), 및 Irgacure 784[상품명, Ciba사, 스위스, 비스(에타 5-2,4-사이클로펜타디엔-1-일) 비스[2,6-디플루오르-3-(1H-피롤-1-일)] 티타늄, Bis(eta 5-2,4-cyclopentadien-1-yl) Bis[2,6-difluoro-3-(1H-pyrrol-1-yl)phenyl]titanium]으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터 제조용 포토레지스트 조성물.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 안료 분산제는
    BYK-200(상품명, BYK-chemie사, 독일), BYK-2001, BYK-161, BYK-163, BYK-160, BYK-161, PD-7000(상품명, CRODA사, 독일), DFKA-4330(상품명, BASF사, 독일), 및 Disper-650(상품명, Evonik사, 독일)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터 제조용 포토레지스트 조성물.
  9. 제1항에 있어서, 상기 안료는
    C.I 피그먼트 레드 177, C.I 피그먼트 레드 254, C.I 피그먼트 그린 36, 및 C.I 피그먼트 블루 156으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터 제조용 포토레지스트 조성물.
  10. 제1항에 있어서, 상기 바인더 수지는 아크릴계 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터 제조용 포토레지스트 조성물.
  11. 베이스 기판 상에, 바인더 수지 5 중량% 내지 10 중량%, 모노머 5 중량% 내지 10 중량%, 400nm 내지 410nm 파장범위의 광에 활성화되는 광개시제 1 중량% 내지 15 중량%, 안료 1 중량% 내지 10 중량%, 안료 분산제 0.01 중량% 내지 1 중량%, 증감제 0 중량% 초과 5 중량%, 파장 시프터(wavelength shifter) 0 중량% 초과 8 중량% 및 여분의 용매를 포함하는 컬러필터 제조용 포토레지스트 조성물을 도포하여 코팅막을 형성하는 단계;
    디지털 노광 장치를 이용하여 상기 코팅막을 노광하는 단계; 및
    상기 노광된 코팅막을 현상하여 컬러필터를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 증감제는, 디에틸렌티오산톤(Diethylenethioxanthone, DETX), 비올란트론(Violanthrone), 이소비올란트론(Isoviolanthrone), 플루오레세인(Fluoresceine), 루브렌(Rubrene), 9,10-디페닐안트라센(9,10-Diphenylanthracene), 테트라센(Tetracene), 13,13”-디벤즈안트론(13,13”-Dibenzanthrone), 및 레불린산(Levulinic Acid)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하고,
    상기 파장 시프터는 N-(2-페닐-1,3-벤조옥사졸-5-일)나프탈렌-1-1 카복사마이드[N-(2-phenyl-1,3-benzoxazol-5-yl)naphthalene-1-1carboxamide]를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터의 제조 방법.
  12. 삭제
  13. 제11항에 있어서, 상기 광개시제는
    비스아실 포스핀계 화합물(Bis Acyl phosphine based compound), 메타로센계화합물(metallocene based compound), 모노아실 포스핀계 화합물(Mono Acyl phosphine based compound) 및 알파-하드록시케톤계 화합물(@-hydroxyketone based compound)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 광개시제는
    Irgacure 819[상품명, Ciba사, 스위스, 페닐 비스(2,4,6-트리메틸벤조일) 포스핀 옥사이드, Phenyl bis (2,4,6-trimethyl benzoyl) Phosphine oxide], Darocur TPO[상품명, Ciba사, 스위스, 디페닐(2,4,6-트리메틸벤조일) 포스핀 옥사이드, Diphenyl (2,4,6-trimethylbenzoyl) Phosphine oxide], Irgacure 2100[상품명, Ciba사, 스위스, 페닐 비스(2,4,6-트리메틸벤조일) 포스핀 옥사이드, Phenylbis(2,4,6-trimethylbenzoyl) Phosphine oxide], Drocur 1173 (상품명, Ciba사, 스위스, 2-하이트록시-2-메틸-1-페닐-1-프로판온, 2-Hydroxy-2-methyl-1-phenyl-1-propanone) 및 Irgacure 784[상품명, Ciba사, 스위스, 비스(에타 5-2,4-사이클로펜타디엔-1-일) 비스[2,6-디플루오르-3-(1H-피롤-1-일)] 티타늄, Bis(eta 5-2,4-cyclopentadien-1-yl) Bis[2,6-difluoro-3-(1H-pyrrol-1-yl)phenyl]titanium]으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터의 제조 방법.
  15. 제11항에 있어서, 상기 코팅막을 노광하는 단계는 상기 디지털 노광 장치를 이용하여 상기 코팅막에 다수의 스팟 빔들을 조사하는 단계를 포함하고,
    상기 스팟 빔들은 상기 디지털 노광 장치의 선택적으로 온/오프된 마이크로-미러들에 의해서 상기 코팅막에 중첩되어 조사되는 것을 특징으로 하는 컬러필터의 제조 방법.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 베이스 기판 상에, 바인더 수지 5 중량% 내지 10 중량%, 모노머 5 중량% 내지 10 중량%, 400nm 내지 410nm 파장범위의 광에 활성화되는 광개시제 1 중량% 내지 15 중량%, 안료 1 중량% 내지 10 중량%, 안료 분산제 0.01 중량% 내지 1 중량%, 증감제 0 중량% 초과 5 중량%, 파장 시프터(wavelength shifter) 0 중량% 초과 8 중량% 및 여분의 용매를 포함하는 컬러필터 제조용 포토레지스트 조성물로 코팅막을 형성하는 단계;
    상기 코팅막을 노광하는 단계; 및
    상기 노광된 코팅막을 현상하여 컬러필터를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 증감제는, 디에틸렌티오산톤(Diethylenethioxanthone, DETX), 비올란트론(Violanthrone), 이소비올란트론(Isoviolanthrone), 플루오레세인(Fluoresceine), 루브렌(Rubrene), 9,10-디페닐안트라센(9,10-Diphenylanthracene), 테트라센(Tetracene), 13,13”-디벤즈안트론(13,13”-Dibenzanthrone), 및 레불린산(Levulinic Acid)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하고,
    상기 파장 시프터는 N-(2-페닐-1,3-벤조옥사졸-5-일)나프탈렌-1-1 카복사마이드[N-(2-phenyl-1,3-benzoxazol-5-yl)naphthalene-1-1carboxamide]를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터의 제조 방법.
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