KR20040031313A - 액정표시장치용 어레이 기판 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 4 마스크 액정표시장치용 어레이 기판에 의하면, 별도의 회절 노광 마스크 공정을 생략할 수 있기 때문에, 마스크 제작 공정을 단순화시킬 수 있고, 패턴 균일도를 높여 생산수율이 향상된 액정표시장치를 제공할 수 있는 장점을 가진다.

Description

액정표시장치용 어레이 기판 및 그의 제조방법{Array Panel for Liquid Crystal Display Device and Method for Fabricating the same}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것이며, 특히 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법에 관한 것이다.
최근에, 액정표시장치는 소비전력이 낮고, 휴대성이 양호한 기술집약적 제품으로 부가가치가 높은 차세대 첨단 디스플레이(display)소자로 각광받고 있다.
일반적으로, 상기 액정표시장치는 박막트랜지스터(Thin Film Transistor ; TFT)를 포함하는 어레이 기판과 컬러 필터(color filter) 기판 사이에 액정을 주입하여, 그 특성을 이용해 영상효과를 얻는 비발광 소자인 박막트랜지스터 액정표시장치(이하, 액정표시장치로 약칭함)를 뜻한다.
현재의 평판 디스플레이 분야에서는 능동구동 액정표시 소자(AMLCD : Active Matrix Liquid Crystal Display)가 주류를 이루고 있다. AMLCD에서는 박막트랜지스터(TFT : Thin Film Transistor) 하나가 화소 한 개의 액정에 걸리는 전압을 조절하여 화소의 투과도를 변화시키는 스위칭 소자로 사용되는 것으로, 해상도 및 동영상 구현능력이 우수하여 가장 주목받고 있다.
전술한 액정표시장치용 어레이 기판의 각 배선 및 전극 패턴은 감광성 물질인 포토레지스트(photoresist)를 이용한 사진식각 공정에 의해 이루어진다.
사진식각 공정에서는 해당 금속물질(또는, 절연물질, 반도체 물질) 상부에 포토레지스트를 코팅하는 단계와, 일정패턴을 가지는 마스크를 배치하여 노광하는단계와, 노광처리된 포토레지스트를 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 이용하여 금속물질(또는, 절연물질, 반도체 물질)을 식각하여 배선 또는 전극 패턴을 완성하는 공정을 거치게 된다.
이때, 상기 포토레지스트 물질은 노광된 부분이 현상되는 포지티브 타입(positive type)과, 노광된 부분이 남는 네가티브 타입(negative type)으로 나뉠 수 있으며, 통상적으로 어레이 공정에서는 포지티브 타입 포토레지스트 물질이 이용된다.
이러한 사진식각 공정은 마스크 수에 따라 공정 수가 결정되기 때문에, 이하 마스크 공정으로 통칭한다.
도 1은 종래의 5 마스크 액정표시장치용 어레이 기판에 대한 평면도이다.
도시한 바와 같이, 서로 교차되는 방향으로 게이트 배선(14) 및 데이터 배선(24)이 형성되어 있고, 게이트 배선(14) 및 데이터 배선(24)이 교차되는 지점에는 박막트랜지스터(T)가 형성되어 있다.
상기 박막트랜지스터(T)는, 게이트 배선(14)에 분기된 게이트 전극(12)과, 게이트 전극(12)을 덮는 영역에서 아일랜드 패턴으로 형성된 반도체층(18)과, 데이터 배선(24)에서 분기된 소스 전극(20)과, 소스 전극(20)과 일정간격 이격되게 위치하는 드레인 전극(22)으로 이루어진다.
그리고, 상기 드레인 전극(22)을 일부 노출시키는 드레인 콘택홀(26)을 가지는 보호층(미도시)이 형성되어 있고, 드레인 콘택홀(26)을 통해 드레인 전극(22)과 연결되어 화소 전극(30)이 형성되어 있다.
이와 같이, 기존의 5 마스크 어레이 공정에서는, 게이트 공정, 반도체 공정, 소스/드레인 공정, 콘택홀 공정, 화소 공정을 통해 해당 패턴을 형성하기 때문에, 한 예로 반도체층(18)과 소스 전극(20) 및 드레인 전극(22) 그리고, 데이터 배선(24)은 서로 독립적인 패턴으로 구성되었다.
도 2는 상기 도 1의 절단선 I-I에 따라 절단된 단면을 도시한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 기판(10) 상에 게이트 전극(12)이 형성되어 있고, 게이트 전극(12)을 덮는 기판 전면에 게이트 절연막(16)이 형성되어 있으며, 게이트 절연막(16) 상부의 게이트 전극(12)을 덮는 위치에 반도체층(18)이 형성되어 있고, 반도체층(18) 상부에는 서로 일정간격 이격되게 소스 전극(20) 및 드레인 전극(22)이 형성되어 있다. 상기 소스 전극(20)과 일체형으로 데이터 배선(24)이 형성되어 있고, 상기 소스 전극(20) 및 드레인 전극(22) 그리고, 데이터 배선(24)을 덮는 영역에는, 상기 드레인 전극(22)을 일부 노출시키는 드레인 콘택홀(26)을 가지는 보호층(28)이 형성되어 있으며, 상기 보호층(28) 상부에는 상기 드레인 콘택홀(26)을 통해 드레인 전극(22)과 연결되는 화소 전극(30)이 형성되어 있다.
이러한 구조의 액정표시장치용 어레이 기판은, 게이트 전극(12) 및 게이트 배선(도 1의 14)을 형성하는 제 1 마스크 공정과, 반도체 패턴을 형성하는 제 2 마스크 공정과, 소스 전극(20) 및 드레인 전극(22) 그리고, 데이터 배선(24)을 형성하고, 전술한 반도체 패턴에 채널을 형성하여 반도체층(18)을 완성하는 제 3 마스크 공정, 드레인 전극(22)을 일부 노출시키는 드레인 콘택홀(26)을 가지는 보호층 형성 공정인 제 4 마스크 공정, 드레인 콘택홀(26)을 통해 드레인 전극(22)과 연결되는 화소 전극(30)을 형성하는 제 5 마스크 공정에 의해 이루어진다.
그러나, 마스크 공정에서는 증착(코팅), 노광, 현상, 식각 공정별로 해당 장비들이 요구되고, 물리적/화학적 공정이 반복됨에 따라 높은 공정 비용이 요구되며, 공정 중 다른 소자에 손상을 줄 확률이 높으므로, 마스크 수가 증가될 수록 공정 효율이 떨어지는 단점이 있다.
상기 게이트 전극(12), 반도체층(18), 소스 전극(20), 드레인 전극(22)은 박막트랜지스터(T)를 이룬다.
이러한 단점을 해결하기 위하여, 반도체층과, 소스 전극 및 드레인 전극 그리고, 데이터 배선을 하나의 마스크 공정에서 형성하여, 하나의 마스크 공정을 줄일 수 있는 4 마스크 액정표시장치용 어레이 기판이 제시되고 있다.
도 3은 기존의 4 마스크 액정표시장치용 어레이 기판에 대한 평면도이다.
도시한 바와 같이, 서로 교차되게 게이트 배선(54) 및 데이터 배선(64)이 형성되어 있고, 게이트 배선(54) 및 데이터 배선(64)이 교차되는 지점에 박막트랜지스터(T)가 형성되어 있으며, 박막트랜지스터(T)와 연결되어 화소 전극(70)이 형성되어 있는 구조에서, 상기 박막트랜지스터(T)는 게이트 배선(54)에서 분기된 게이트 전극(52)과, 데이터 배선(64)에서 분기된 소스 전극(60)과, 소스 전극(60)과 일정간격 이격되게 위치하는 드레인 전극(62)과, 데이터 배선(64) 그리고, 소스 전극(60) 및 드레인 전극(62)과 중첩되게 위치하는 반도체층(58)으로 이루어진다.
상기 소스 전극(60) 및 드레인 전극(62)간 이격구간에 위치하는 반도체층(58) 영역은 진성 반도체 물질로 이루어진 채널(ch)을 이룬다.
이러한 구조에서는, 반도체층(58)의 패터닝 공정과, 소스 전극(60) 및 드레인 전극(62) 그리고, 데이터 배선(64)의 패터닝 공정이 동일 마스크 공정에서 형성하여, 기존의 5 마스크 공정보다 1 마스크가 감소된 4 마스크 공정에 의해 제작된 것을 특징으로 한다.
도 4a 내지 4d는 상기 도 3의 절단선 II-II에 따라 절단된 단면을 제조 공정에 따라 단계별로 나타낸 단면도이다.
도 4a에서는, 기판(50) 상에 제 1 금속물질을 증착한 다음, 제 1 마스크 공정에 의해 게이트 전극(52)을 형성하는 단계이다.
도면으로 제시하지는 않았지만, 이 단계에서는 게이트 전극과 일체형으로 연결되는 게이트 배선을 형성하는 단계를 포함한다.
도 4b에서는, 상기 게이트 전극(52)을 덮는 기판 전면에 제 1 절연물질, 반도체 물질, 제 2 금속물질을 차례대로 증착한 다음, 제 1 절연물질은 게이트 절연막(56)으로 구성하고, 제 2 마스크 공정에 의해 반도체층(58)과 소스 전극(60) 및 드레인 전극(62) 그리고, 데이터 배선(64)을 형성하는 단계이다.
상기 반도체층(58)은 비정질 실리콘으로 이루어진 액티브층(58a)과, 불순물 비정질 실리콘으로 이루어진 오믹콘택층(58b)으로 이루어지며, 상기 소스 전극(60) 및 드레인 전극(62) 사이 구간에는 액티브층(58a)이 노출되어 채널(ch)을 이룬다.
이 단계에서는, 동일 마스크 공정에서 반도체층(58) 및 데이터 배선(64)을 포함한 소스 전극(60) 및 드레인 전극(62)을 형성하기 위해 마스크 공정에 이용되는 포토레지스트층의 두께를 선택적으로 조절하기 위해 회절노광 마스크를 이용하는 것을 특징으로 한다.
도 4c에서는, 상기 반도체층(58)과, 소스 전극(60) 및 드레인 전극(62) 그리고, 데이터 배선(64)을 덮는 영역에 제 2 절연물질을 증착한 다음, 제 3 마스크 공정에 의해 드레인 전극(62)을 일부 노출시키는 드레인 콘택홀(66)을 가지는 보호층(68)을 형성하는 단계이다.
도 4d에서는, 상기 보호층(68) 상부를 덮는 영역에 투명 도전성 물질을 증착한 다음, 제 4 마스크 공정에 의해 드레인 콘택홀(66)을 통해 드레인 전극(62)과 연결되는 화소 전극(70)을 형성하는 단계이다.
상기 게이트 전극(52), 반도체층(58), 소스 전극(60), 드레인 전극(62)은 박막트랜지스터(T)를 이룬다.
도 5a 내지 5e는 기존의 4 마스크 공정에 이용되는 회절 노광법의 공정원리를 단계별로 나타낸 단면도로서, 노광된 부분이 현상 공정에 의해 제거되는 포지티브 타입 포토레지스트 물질을 이용하는 공정을 일예로 한다.
도 5a에서는, 기판(80) 상에 비정질 실리콘으로 이루어진 제 1 반도체 물질층(82a), 불순물 비정질 실리콘층으로 이루어진 제 2 반도체 물질층(82b), 금속층(84), 포토레지스트층(85)을 차례대로 형성한 다음, 기판(80)의 포토레지스트층(85)을 이루는 금속층(84) 상부에서 일정간격 이격되게 회절노광 마스크(86)를 배치한 다음 노광 공정을 진행하여, 제 1 포토레지스트 패턴(88)을 형성하는 단계이다.
상기 제 1, 2 반도체 물질층(82a, 82b)은 반도체층(82)을 이룬다.
좀 더 상세히 설명하면, 상기 회절노광 마스크(86)의 중앙부에 빛의 회절 현상을 이용하여 노광량을 대략 50 % 정도 감소시키는 슬릿부(86a)와, 슬릿부(86a) 양측의 광차단부(86b)와, 광차단부(86b) 양측의 광투과부(86c)로 이루어진다.
이러한 회절노광 마스크(86)를 이용한 노광 공정에 의해, 전술한 포토레지스트 패턴(88)은 중앙부에서 제 1 두께(d1)를 가지는 제 1 영역(III)과, 제 1 영역(III)의 양측부에서 제 1 두께(d1)보다 대략 2배 정도를 두께를 가지는 제 2 두께(d2)를 가지는 제 2 영역(IV)으로 이루어진다.
도 5b에서는, 상기 제 1 포토레지스트 패턴(88)을 이용하여 노출된 금속층(84)을 습식 식각하여, 금속 패턴 물질층(90)을 형성하는 단계이다.
이때, 상기 금속층(84)을 습식 식각하는 것은, 통상적으로 반도체층(82)은 습식 식각에 의해서는 식각되지 않으므로, 이러한 특성을 이용하여 금속층(84)만을 선택 식각하기 위해서이다.
도 5c에서는, 상기 제 1 포토레지스트 패턴(88)을 상기 제 1 두께치(d1)만큼 균일하게 에슁(asing)처리하여, 제 1, 2 두께차(d1, d2)에 해당하는 두께인 제 3 두께(d3)를 가지는 제 2 포토레지스트 패턴(92)을 형성하는 단계이다.
도 5d에서는, 상기 제 2 포토레지스트 패턴(92)을 마스크로 이용하여, 노출된 금속 패턴 물질층(90) 및 반도체층(82)을 건식 식각하여, 금속 패턴(94) 및 반도체 패턴(96)을 형성하는 단계이다.
상기 건식 식각 처리에 이용되는 반응 가스로는, 상기 금속 패턴 물질층(90) 및 반도체층(82)을 이루는 물질 들을 모두 식각시킬 수 있는 가스 물질에서 선택된다.
상기 반도체 패턴(96)은 전술한 제 1 영역(III)에서 오목부(97)를 가지는 제 1 반도체 물질층(96a)과, 제 1 반도체 물질층(96a) 상부에서 오목부(97)를 사이에 두고 서로 일정간격 이격되게 위치하는 제 2 반도체 물질층(96b)으로 이루어지고, 상기 제 2 금속 패턴(94)은 상기 제 2 반도체 물질층(96b)과 대응되는 패턴 구조를 가진다.
도 5e에서는, 상기 제 2 포토레지스트 패턴(92)을 스트립(strip)하여 제거한 다음, 반도체 패턴(96) 및 금속 패턴(94)을 완성하는 단계이다.
이러한 회절노광 마스크를 이용한 공정은, 액정표시장치용 어레이 기판에서, 액티브층 및 오믹콘택층이 차례대로 적층되어 이루어진 반도체층과, 반도체층 상부에서 서로 일정간격 이격되게 위치하는 소스 전극 및 드레인 전극과, 소스 전극 및 드레인 전극 사이 구간에 위치하는 반도체층에 대해서는 오믹콘택층만이 선택적으로 식각되어, 그 하부층의 노출된 액티브층 영역으로 채널을 구성하기 때문에, 액티브층 및 오믹콘택층을 모두 식각하는 공정과, 오믹콘택층만을 식각하는 공정에 이용되어, 하나의 마스크 공정에서 반도체층과 소스 전극 및 드레인 전극 그리고, 채널을 모두 형성하는 것이 가능하였다.
그러나, 이러한 회절노광 마스크를 이용한 패터닝 공정은 다음과 같은 문제점을 가진다.
첫째, 회절노광 마스크에는 일반 마스크에 없는 슬릿부가 포함되는 등 미세한 패턴을 추가해야 되므로, 마스크 제작이 어렵다.
둘째, 회절노광 마스크의 슬릿부에서의 회절 현상에 의존하여, 포토레지스트 패턴의 두께치를 변경하기 때문에 균일성 확보가 어려워, 잠재적인 불량 요소가 되고 있다.
상기 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명에서는 회절노광 공정을 포함하지 않고도 기존의 5 마스크 공정보다 공정을 단순화하고, 노광시 포토레지스트층의 균일성을 확보할 수 있는 액정표시장치용 어레이 기판의 마스크 공정을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이를 위하여, 본 발명에서는 4 마스크 공정의 제 2 마스크 공정에서 기존의 회절노광 마스크보다 제작이 단순한 서로 다른 패턴 구조를 가지는 두 개의 마스크를 이용한 두 번의 노광 공정을 통해 포토레지스트층의 균일성을 확보하고자 한다.
도 1은 종래의 5 마스크 액정표시장치용 어레이 기판에 대한 평면도.
도 2는 상기 도 1의 절단선 I-I에 따라 절단된 단면을 도시한 단면도.
도 3은 기존의 4 마스크 액정표시장치용 어레이 기판에 대한 평면도.
도 4a 내지 4d는 상기 도 3의 절단선 II-II에 따라 절단된 단면을 제조 공정에 따라 단계별로 나타낸 단면도.
도 5a 내지 5e는 기존의 4 마스크 공정에 이용되는 회절 노광법의 공정원리를 단계별로 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 4 마스크 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 공정에 대한 일실시예를 단계별로 나타낸 공정 흐름도.
도 7a 내지 7f는 본 발명에 따른 4 마스크 액정표시장치용 어레이 기판의 제 2 마스크 공정의 세부 공정을 단계별로 나타낸 단면도.
도 8은 본 발명에 따른 4 마스크 액정표시장치용 어레이 기판의 제 2 마스크 공정에 대한 개략적인 장비 구성도.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제 1 특징에서는 감광성 물질인 포토레지스트(photoresist) 물질을 이용한 노광(exposure), 현상(development) 공정을 통해 패터닝(patterning)하는 4 마스크 액정표시장치용 어레이 기판에 있어서, 제 1 마스크 공정에 의해 이루어지며, 제 1 방향으로 위치하고, 게이트 전극을 가지는 게이트 배선과; 제 2 마스크 공정에 의해 이루어지며, 상기 게이트 배선과 교차되는 제 2 방향으로 위치하는 반도체층과, 소스 전극을 가지는 데이터 배선과,상기 소스 전극과 일정간격 이격되게 위치하는 드레인 전극과; 제 3 마스크 공정에 의해 이루어지며, 상기 데이터 배선을 덮는 기판 전면에 위치하며, 상기 드레인 전극을 일부 노출시키는 드레인 콘택홀을 가지는 보호층과; 제 4 마스크 공정에 의해 이루어지며, 상기 보호층 상부에서 드레인 콘택홀을 통해 드레인 전극과 연결되는 화소 전극을 포함하며, 상기 소스 전극 및 드레인 전극 사이 구간에는 반도체층의 진성 반도체층 영역이 노출되어 채널을 이루고, 상기 제 2 마스크 공정에서, 상기 반도체층, 소스 전극 및 드레인 전극, 데이터 배선, 채널은 별도의 회절 노광 패턴이 제외되며, 서로 다른 노광용 마스크가 이용되는 제 1, 2 노광 공정을 통해 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 어레이 기판을 제공한다.
상기 제 1, 2 노광 공정은, 상기 소스 전극 및 드레인 전극과 데이터 배선의 패터닝을 위한 제 1 노광 공정과, 상기 채널을 형성하기 위한 제 2 노광 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 2 특징에서는, 감광성 물질인 포토레지스트(photoresist) 물질을 이용한 노광, 현상 공정을 통해 패터닝(patterning)하는 4 마스크 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법에 있어서, 기판 상에 제 1 금속물질을 형성하고, 제 1 마스크 공정에 의해 게이트 전극을 가지는 게이트 배선을 형성하는 단계와; 상기 게이트 배선을 덮는 기판 전면에 제 1 절연물질, 비정질 실리콘, 불순물 비정질 실리콘, 제 2 금속물질을 차례대로 형성하고, 상기 제 1 절연물질을 이용하여 게이트 절연막을 구성하며, 별도의 회절 노광 패턴이 제외되고, 서로 다른 노광용 마스크가 이용되는 제 1, 2 노광 공정을 포함하는 제 2 마스크 공정에 의해, 소스 전극을포함하는 데이터 배선, 상기 소스 전극과 일정간격 이격되게 배치되는 드레인 전극, 상기 소스 전극 및 드레인 전극 그리고, 데이터 배선을 마스크로 이용하여 패터닝된 반도체층, 상기 소스 전극 및 드레인 전극 사이 구간에서 노출된 비정질 실리콘으로 이루어진 채널을 형성하는 단계와; 상기 소스 전극 및 드레인 전극 그리고, 상기 데이터 배선 및 채널을 덮는 영역에 제 2 절연물질을 형성하고, 제 3 마스크 공정에 의해 상기 드레인 전극을 일부 노출시키는 드레인 콘택홀을 가지는 보호층을 형성하는 단계와; 상기 보호층을 덮는 영역에 투명 도전성 물질을 형성하고, 제 4 마스크 공정에 의해 드레인 콘택홀에서 드레인 전극과 연결되는 화소 전극을 형성하는 단계를 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법을 제공한다.
상기 제 1, 2 노광 공정에서는, 상기 소스 전극 및 드레인 전극과 데이터 배선을 형성하기 위한 제 1 노광 공정과, 상기 채널 영역을 형성하기 위한 제 2 노광 공정으로 이루어지고, 상기 제 1, 2 노광 공정에서는, 서로 다른 노광 조건을 가지는 제 1, 2 노광기가 포함되며, 상기 제 1, 2 노광 공정은 스캔 방식 노광 공정인 것을 특징으로 한다.
상기 제 1, 2 노광 공정에서는, 하나의 노광기를 이용하여 노광 공정별 노광량을 조절하고, 상기 제 1, 2 노광 공정은, 다수 개의 작은 마스크인 레티클(reticle)이 노광 공정별 하나의 마스크를 이루며, 상기 레티클에 의해 노광량이 조절되는 스텝퍼(stepper) 방식 노광 공정에 의해 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제 2 마스크 공정에서는, 상기 제 2 금속물질 상부에 포토레지스트층을 코팅하는 단계와, 상기 포토레지스트층 상부에 제 1 광차단부와 제 1 광투과부로 이루어진 제 1 노광용 마스크를 이용하여 제 1 차 노광 공정을 진행하는 단계와, 상기 제 1 차 노광 공정을 거친 기판 상에 제 2 광차단부와 제 2 광투과부로 이루어진 제 2 노광용 마스크를 이용하여 제 2차 노광 공정을 진행하는 단계와, 상기 제 1, 2차 노광 공정을 거친 기판을 현상처리하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 제 1, 2 광투과부는 서로 다른 위치에 배치되고, 상기 제 2 차 노광 공정에서의 조사량은 상기 제 1 차 노광 공정에서의 조사량보다 낮고, 상기 포토레지스트 패턴은 상기 채널과 대응되는 위치에서 오목부를 가지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.
상기 포토레지스트는 감광된 부분이 현상 단계에서 제거되는 포지티브 타입(positive type) 포토레지스트로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 3 특징에서는, 기판을 장비 내로 로딩하는 로딩부(loading part)와; 로딩된 기판 상에 포토레지스트 물질을 코팅하는 코팅부와; 상기 포토레지스트층이 형성된 기판을 제 1 노광용 마스크를 이용하여 노광처리하는 제 1 노광부와; 상기 제 1 노광부를 거쳐 노광처리된 기판을 제 2 노광용 마스크를 이용하여 노광처리하는 제 2 노광부와; 상기 제 2 노광부를 거쳐 노광처리된 기판을 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 현상부를 포함하며, 상기 제 1, 2 노광용 마스크에는 별도의 회절 노광 패턴이 제외된 것을 특징으로 하는 마스크 공정용 장비를제공한다.
상기 제 1, 2 노광부에서는, 서로 다른 노광 조건을 가지는 제 1, 2 노광기가 각각 구비되고, 상기 제 1, 2 노광부에는 스캔 방식 노광 공정이 이용되며, 상기 제 1, 2 노광부에서는, 하나의 노광기를 이용하여 노광량을 조절하는 방식이 이용되고, 상기 제 1, 2 노광부에는, 작은 마스크인 레티클이 하나의 노광용 마스크를 이루어, 상기 레티클에 의해 노광량이 조절되는 스텝퍼(stepper) 방식 노광 공정이 이용되는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 6은 본 발명에 따른 4 마스크 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 공정에 대한 일실시예를 단계별로 나타낸 공정 흐름도이다.
ST1에서는, 기판 상에 제 1 금속물질을 증착한 다음, 제 1 마스크 공정에 의해 게이트 전극을 포함하는 게이트 배선을 형성하는 단계이다.
상기 제 1 금속물질은 비저항값이 낮은 금속물질에서 선택되고, 바람직하게 알루미늄을 포함하는 금속물질에서 선택하는 것이다.
ST2에서는, 상기 게이트 배선을 덮는 기판 전면에, 제 1 절연물질, 제 1 반도체 물질, 제 2 반도체 물질, 제 2 금속물질을 차례대로 증착한 다음, 제 1 절연물질을 게이트 절연막으로 구성하고, 제 2 마스크 공정에 의해 반도체층과, 상기 반도체층과 대응되는 패턴 구조를 가지는 데이터 배선 및 상기 데이터 배선에서 분기된 소스 전극과, 상기 소스 전극과 일정간격 이격되게 위치하는 드레인 전극과,상기 소스 전극 및 드레인 전극 사이 구간의 제 2 반도체 물질을 제거하여, 전술한 이격 구간의 노출된 제 1 반도체 물질 영역으로 이루어진 채널을 형성하는 단계이다.
상기 제 1 절연물질은 실리콘 절연물질에서 선택되고, 바람직하게는 실리콘 질화막(SiNx)으로 하는 것이다.
한 예로, 상기 제 1 반도체 물질은 비정질 실리콘으로 이루어지고, 제 2 반도체 물질은 불순물 비정질 실리콘으로 이루어진다.
그리고, 상기 제 2 금속물질은 화학적 내식성이 강한 금속물질에서 선택되고, 바람직하게는 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 니켈(Ni), 티탄(Ti) 중 어느 하나에서 선택되는 것이다.
본 발명에서는, 상기 제 2 마스크 공정 중 노광 공정에서 서로 다른 패턴 구조를 가지는 제 1, 2 노광용 마스크를 이용하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 노광용 마스크는 소스 전극 및 드레인 전극과, 데이터 배선의 식각용 마스크 역할을 하는 포토레지스트 패턴 형성을 위한 마스크이고, 제 2 노광용 마스크는 상기 소스 전극 및 드레인 전극 사이 이격 구간과 대응되는 위치의 포토레지스트 패턴 영역 만을 선택적으로 두께치를 변화시키기 위한 마스크에 해당된다.
그리고, 상기 노광 공정은 노광기 종류에 따라 두 개의 공정으로 분류할 수 있다. 제 1 방식은 일정 조사량이 유지되는 상태에서 스테이지(stage)가 움직이며 노광되는 스캔 방식으로서, 스캔 방식에서는 제 1, 2 노광용 마스크에 대응되는 제1, 2 노광기가 구비되어야 하며, 제 2 방식은 한 레이어의 패턴을 형성하기 위해 여러 장의 작은 마스크로 정의되는 레티클(reticle)이 사용되며, 노광 방식은 일반 카메라와 유사한 스텝퍼(stepper) 방식을 들 수 있는데, 전술한 스텝퍼 방식에 의하면 제 1, 2 노광 공정을 하나의 노광기를 이용하여 진행할 수 있으므로, 별도의 노광기 추가를 생략할 수 있으나, 하나의 노광 공정에서 다수 개의 레티클이 요구되므로, 스캔 방식에 비해 공정 시간이 길어지고, 노광 균일도가 떨어지는 단점이 있다.
ST3에서는, 상기 소스 전극 및 드레인 전극과, 데이터 배선 그리고, 채널이 형성된 기판 전면에, 제 2 절연물질을 증착 또는 코팅한 다음, 제 3 마스크 공정에 의해, 상기 드레인 전극을 일부 노출시키는 드레인 콘택홀을 가지는 보호층을 형성하는 단계이다.
ST4에서는, 상기 보호층 상부에, 투명 도전성 물질을 증착한 다음, 제 4 마스크 공정에 의해 상기 드레인 콘택홀을 통해 드레인 전극과 연결되는 화소 전극을 형성하는 단계이다.
이와 같이, 본 발명에 따른 4 마스크 공정에서는 실질적으로 마스크 공정수는 기존의 4 마스크 공정과 동일하게 유지하면서, 제 2 마스크 공정 중 노광 공정에서 두 개의 서로 다른 패턴을 가지는 제 1, 2 노광용 마스크를 이용하여, 포토레지스 패턴의 균일도를 높이고, 마스크 제작을 단순화시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.
도 7a 내지 7f는 본 발명에 따른 4 마스크 액정표시장치용 어레이 기판의 제2 마스크 공정의 세부 공정을 단계별로 나타낸 단면도로서, 빛에 감광된 부분이 현상 공정을 통해 제거되는 포지티브 타입 포토레지스트를 이용하는 경우를 예로 들었다.
도 7a에서는, 기판(110) 상에 제 1 금속물질을 증착한 다음, 제 1 마스크 공정에 의해 게이트 전극(112)을 형성하는 단계와, 상기 게이트 전극(112) 상부에 제 1 절연물질(114), 제 1 반도체 물질(116a), 제 2 반도체 물질(116b), 제 2 금속물질(120)을 차례대로 증착한 다음, 제 2 금속물질(120) 상부에 포토레지스트 물질(122)을 코팅하고, 상기 포토레지스트 물질(122)과 일정간격 이격되게 제 1 노광용 마스크(124)를 배치한 다음, 제 1 차 노광 공정을 진행하는 단계이다.
상기 제 1 노광용 마스크(124)는 도면 상에서 우측에 위치하는 광투과부(124a)와, 광투과부(124a) 이외의 영역에 위치하는 광차단부(124b)로 이루어지며, 상기 포토레지스트 물질(122)은 광투과부(124a)와 대응되게 위치하여 노광처리되어 제거되는 부분인 제 1 포토레지스트 물질(122a)과, 광차단부(124b)와 대응되게 위치하여 비노광처리되어 패턴으로 남는 부분인 제 2 포토레지스트 물질(122b)로 이루어진다.
한 예로, 상기 제 1 반도체 물질(116a)은 비정질 실리콘으로 이루어지고, 제 2 반도체 물질(116b)은 불순물 비정질 실리콘으로 이루어진다.
다음, 도 7b에서는 상기 포토레지스트 패턴(126) 상부에 일정간격 이격되게 제 2 노광용 마스크(128)를 배치하여, 제 2 차 노광 공정을 진행하는 단계이다.
상기 제 2 노광용 마스크(128)는 게이트 전극(112)의 중앙부와 중첩되는 영역인 채널 영역(V)과 대응되게 위치하는 광투과부(128a)와, 광투과부(128a)의 양측에 위치하는 광차단부(128b)로 이루어진다.
이 단계에서는, 상기 채널 영역(V)에서의 포토레지스트 패턴(126) 두께를 선택적으로 두께를 낮추기 위한 노광 공정이므로, 상기 제 2 차 노광 공정에서의 광조사량은 전술한 제 1 차 노광 공정에서의 조사량보다 작거나 또는 상기 광투과부(128)를 반투과부로 구성할 수도 있다.
이러한 구조로 이루어진 제 2 노광용 마스크(128)를 이용하여 제 2 차 노광 공정을 진행한 다음, 현상 단계를 거치게 되면, 전술한 제 1차 노광 공정에서 노광처리된 제 1 포토레지스트 물질(122a)이 제거되고, 제 2차 노광 공정에 의해 채널 영역(V)과 대응되는 영역에서 오목부(130)가 형성된 포토레지스트 패턴(126)이 완성된다.
이때, 상기 제 1, 2 노광 공정은 서로 다른 노광 조건을 가지는 제 1, 2 노광기에 의한 스캔 방식 또는 하나의 노광기를 이용하여 다수 개의 레티클로 노광량을 조절하는 스텝퍼 방식 중 어느 하나에서 선택될 수 있다.
도 7c에서는, 상기 오목부(130)를 가지는 포토레지스트 패턴(126)을 이용하여, 그 하부에 노출된 제 2 금속물질(120)을 습식식각하여 금속 패턴(132)을 형성하는 단계이다.
다음, 도 7d에서는, 상기 포토레지스트 패턴(126)을 균일하게 에슁처리하여, 상기 채널 영역(V) 양측의 포토레지스트 패턴(126)의 제 1 두께(D1)와, 오목부(130)에서의 포토레지스트 패턴(122)의 제 2 두께(D2) 차에 해당하는 제 3두께(D3)를 가지며, 상기 채널 영역(V)을 노출시키는 개구부(133)를 가지는 제 2 포토레지스트 패턴(134)을 형성하는 단계이다.
도 7e에서는, 상기 제 2 포토레지스트 패턴(134)을 마스크로 이용하여 노출된 금속 패턴(132) 및 금속 패턴(132) 우측에 노출된 반도체층(116)을 건식식각으로 일괄식각하는 단계이다.
이때, 상기 반도체층(116)을 제거하는 식각 조건에 따라, 채널 영역(V)의 금속 패턴(132) 및 반도체층(116)을 식각하도록 하여, 채널 영역(V)에서는 제 1 반도체 물질층(116a)이 일정 두께 남긴다.
이 단계를 거쳐, 제 1 반도체 물질층(116a)은 액티브층(136a)을 이루고, 제 2 반도체 물질층(116b)은 오믹 콘택층(136b)을 이루며, 상기 금속 패턴(132)은 서로 일정간격 이격되는 소스 전극(138) 및 드레인 전극(140)을 이루고, 상기 소스 전극(138)과 연결되어 데이터 배선(142)이 형성되어 있다.
상기 소스 전극(138) 및 드레인 전극(140) 사이 이격구간에 위치하는 액티브층(136a) 영역은 채널(ch)을 이룬다.
도 7f에서는, 상기 제 2 포토레지스트 패턴(134)을 스트립하여 제거한 다음, 게이트 전극(112), 반도체층(136), 소스 전극(138) 및 드레인 전극(140)으로 이루어지는 박막트랜지스터(T)를 완성하는 단계이다.
도 8은 본 발명에 따른 4 마스크 액정표시장치용 어레이 기판의 제 2 마스크 공정에 대한 개략적인 장비 구성도이다.
도시한 바와 같이, 기판을 장비 내로 로딩하는 로딩부(loading part)와, 로딩된 기판 상에 포토레지스트를 코팅하는 포토레지스트 코팅부와, 포토레지스트가 코팅된 기판을 제 1 차 노광처리하는 제 1 노광부와, 제 1 노광부를 거친 기판을 제 2 차 노광처리하는 제 2 노광부와, 제 1, 2 노광처리된 기판을 현상처리하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 현상부(development part)로 나뉘어진다.
이때, 상기 제 1, 2 노광부는 기존의 회절 노광처리와 같이 서로 다른 두께치를 가지는 포토레지스트 패턴을 형성하기 위한 것으로, 회절 노광처리와 달리 빛의 회절현상없이 서로 다른 두께치를 가지는 포토레지스트 패턴을 형성하기 때문에 패턴의 균일성을 높일 수 있고, 노광용 마스크 공정을 단순화시킬 수 있다.
전술한 제 1, 2 노광부에서의 노광 방식은, 서로 다른 노광 조건을 가지는 제 1, 2 노광기가 이용되는 스캔 방식 또는 하나의 노광기를 이용하여 다수 개의 레티클로 노광량을 조절하는 스텝퍼 방식 중 어느 하나에 의해 진행될 수 있다.
그러나, 본 발명은 상기 실시예 들로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 4 마스크 액정표시장치용 어레이 기판에 의하면, 별도의 회절 노광 마스크 공정을 생략할 수 있기 때문에, 마스크 제작 공정을 단순화시킬 수 있고, 패턴 균일도를 높여 생산수율이 향상된 액정표시장치를 제공할 수 있는 장점을 가진다.

Claims (15)

  1. 감광성 물질인 포토레지스트(photoresist) 물질을 이용한 노광(exposure), 현상(development) 공정을 통해 패터닝(patterning)하는 4 마스크 액정표시장치용 어레이 기판에 있어서,
    제 1 마스크 공정에 의해 이루어지며, 제 1 방향으로 위치하고, 게이트 전극을 가지는 게이트 배선과;
    제 2 마스크 공정에 의해 이루어지며, 상기 게이트 배선과 교차되는 제 2 방향으로 위치하는 반도체층과, 소스 전극을 가지는 데이터 배선과, 상기 소스 전극과 일정간격 이격되게 위치하는 드레인 전극과;
    제 3 마스크 공정에 의해 이루어지며, 상기 데이터 배선을 덮는 기판 전면에 위치하며, 상기 드레인 전극을 일부 노출시키는 드레인 콘택홀을 가지는 보호층과;
    제 4 마스크 공정에 의해 이루어지며, 상기 보호층 상부에서 드레인 콘택홀을 통해 드레인 전극과 연결되는 화소 전극
    을 포함하며, 상기 소스 전극 및 드레인 전극 사이 구간에는 반도체층의 진성 반도체층 영역이 노출되어 채널을 이루고, 상기 제 2 마스크 공정에서, 상기 반도체층, 소스 전극 및 드레인 전극, 데이터 배선, 채널은 별도의 회절 노광 패턴이 제외되며, 서로 다른 노광용 마스크가 이용되는 제 1, 2 노광 공정을 통해 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 어레이 기판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1, 2 노광 공정은, 상기 소스 전극 및 드레인 전극과 데이터 배선의 패터닝을 위한 제 1 노광 공정과, 상기 채널을 형성하기 위한 제 2 노광 공정으로 이루어지는 액정표시장치용 어레이 기판.
  3. 감광성 물질인 포토레지스트(photoresist) 물질을 이용한 노광, 현상 공정을 통해 패터닝(patterning)하는 4 마스크 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법에 있어서,
    기판 상에 제 1 금속물질을 형성하고, 제 1 마스크 공정에 의해 게이트 전극을 가지는 게이트 배선을 형성하는 단계와;
    상기 게이트 배선을 덮는 기판 전면에 제 1 절연물질, 비정질 실리콘, 불순물 비정질 실리콘, 제 2 금속물질을 차례대로 형성하고, 상기 제 1 절연물질을 이용하여 게이트 절연막을 구성하며, 별도의 회절 노광 패턴이 제외되고, 서로 다른 노광용 마스크가 이용되는 제 1, 2 노광 공정을 포함하는 제 2 마스크 공정에 의해, 소스 전극을 포함하는 데이터 배선, 상기 소스 전극과 일정간격 이격되게 배치되는 드레인 전극, 상기 소스 전극 및 드레인 전극 그리고, 데이터 배선을 마스크로 이용하여 패터닝된 반도체층, 상기 소스 전극 및 드레인 전극 사이 구간에서 노출된 비정질 실리콘으로 이루어진 채널을 형성하는 단계와;
    상기 소스 전극 및 드레인 전극 그리고, 상기 데이터 배선 및 채널을 덮는 영역에 제 2 절연물질을 형성하고, 제 3 마스크 공정에 의해 상기 드레인 전극을 일부 노출시키는 드레인 콘택홀을 가지는 보호층을 형성하는 단계와;
    상기 보호층을 덮는 영역에 투명 도전성 물질을 형성하고, 제 4 마스크 공정에 의해 드레인 콘택홀에서 드레인 전극과 연결되는 화소 전극을 형성하는 단계
    를 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1, 2 노광 공정에서는, 상기 소스 전극 및 드레인 전극과 데이터 배선을 형성하기 위한 제 1 노광 공정과, 상기 채널 영역을 형성하기 위한 제 2 노광 공정으로 이루어지는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1, 2 노광 공정에서는, 서로 다른 노광 조건을 가지는 제 1, 2 노광기가 포함되는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1, 2 노광 공정은 스캔 방식 노광 공정인 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1, 2 노광 공정에서는, 하나의 노광기를 이용하여 노광 공정별 노광량을 조절하는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1, 2 노광 공정은, 다수 개의 작은 마스크인 레티클(reticle)이 노광 공정별 하나의 마스크를 이루며, 상기 레티클에 의해 노광량이 조절되는 스텝퍼(stepper) 방식 노광 공정에 의해 이루어지는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 마스크 공정에서는, 상기 제 2 금속물질 상부에 포토레지스트층을 코팅하는 단계와, 상기 포토레지스트층 상부에 제 1 광차단부와 제 1 광투과부로 이루어진 제 1 노광용 마스크를 이용하여 제 1 차 노광 공정을 진행하는 단계와,상기 제 1 차 노광 공정을 거친 기판 상에 제 2 광차단부와 제 2 광투과부로 이루어진 제 2 노광용 마스크를 이용하여 제 2차 노광 공정을 진행하는 단계와, 상기 제 1, 2차 노광 공정을 거친 기판을 현상처리하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 제 1, 2 광투과부는 서로 다른 위치에 배치되고, 상기 제 2 차 노광 공정에서의 조사량은 상기 제 1 차 노광 공정에서의 조사량보다 낮고, 상기 포토레지스트 패턴은 상기 채널과 대응되는 위치에서 오목부를 가지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 포토레지스트는 감광된 부분이 현상 단계에서 제거되는 포지티브 타입(positive type) 포토레지스트로 이루어진 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법.
  11. 기판을 장비 내로 로딩하는 로딩부(loading part)와;
    로딩된 기판 상에 포토레지스트 물질을 코팅하는 코팅부와;
    상기 포토레지스트층이 형성된 기판을 제 1 노광용 마스크를 이용하여 노광처리하는 제 1 노광부와;
    상기 제 1 노광부를 거쳐 노광처리된 기판을 제 2 노광용 마스크를 이용하여노광처리하는 제 2 노광부와;
    상기 제 2 노광부를 거쳐 노광처리된 기판을 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 현상부
    를 포함하며, 상기 제 1, 2 노광용 마스크에는 별도의 회절 노광 패턴이 제외된 것을 특징으로 하는 마스크 공정용 장비.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1, 2 노광부에서는, 서로 다른 노광 조건을 가지는 제 1, 2 노광기가 각각 구비되는 마스크 공정용 장비.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1, 2 노광부에는 스캔 방식 노광 공정이 이용되는 마스크 공정용 장비.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1, 2 노광부에서는, 하나의 노광기를 이용하여 노광량을 조절하는 방식이 이용되는 마스크 공정용 장비.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1, 2 노광부에는, 작은 마스크인 레티클이 하나의 노광용 마스크를 이루어, 상기 레티클에 의해 노광량이 조절되는 스텝퍼(stepper) 방식 노광 공정이 이용되는 마스크 공정용 장비.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101030532B1 (ko) * 2004-05-14 2011-04-21 엘지디스플레이 주식회사 Ｔｆｔ 어레이 기판의 제조방법
KR101030524B1 (ko) * 2004-06-11 2011-04-21 엘지디스플레이 주식회사 Ｔｆｔ 어레이 기판의 제조방법
KR20200105458A (ko) * 2013-12-06 2020-09-07 삼성디스플레이 주식회사 표시장치 및 그 제조방법

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