KR20040085940A - 얼라인 마크를 포함하는 스위칭 소자 어레이 기판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정표시장치의 TFT어레이 기판 구조에 관한 것으로써 특히 전자 빔 검사기를 사용하여 TFT어레이 기판을 테스트할 수 있도록 얼라인 마크를 포함하는 TFT어레이 기판에 관한 것이다. 본 발명의 TFT어레이 기판은 매트릭스 형태로 배열된 다수의 단위화소가 배열된 TFT 단위 셀과, TFT 단위 셀에 전류 신호를 인가하는 신호인가 패드와, 단위 셀의 일측에 배치되고 상기 신호 전달 패드와 전기적으로 연결되며 신호인가 패드와 TFT어레이 기판 사이에 배치되는 얼라인 마크를 구비하는 것을 특징으로 한다. 상기 신호 전달 패드로부터 얼라인 마크로 전류를 인가하여 전자 빔 검사기에서 상기 얼라인 마크로 조사되는 1차 전자에 의해 2차 전자의 발생 효율을 증대시킴으로써 얼라인 마크의 감지 효율을 증대시킬 수 있다.

Description

얼라인 마크를 포함하는 스위칭 소자 어레이 기판{SWITCHING DEVICE ARRAY SUBSTRATE COMPRISING ALIGN MARK}

본 발명은 액정표시장치의 일 측 패널을 이루는 TFT어레이 기판의 구조에 관한 것으로써, 특히 전자 빔 검사기(Electron beam tester)를 이용하여 효율적으로 테스트를 실시하기 위하여 얼라인 마크를 포함하는 TFT어레이 기판 구조에 관한 것이다.

액정표시장치는 통상, 다수의 스위칭 소자가 매트릭스 형태로 배열되어 있는 하부 어레이 기판과 컬러로 영상을 표시하기 위한 컬러필터 기판으로 구성되며 그 사이에 액정이 충진되어 있다.

오늘날에는 TFT 어레이 기판의 스위칭 소자로는 박막트랜지스터(Thin Film Transistor,이하 TFT)가 주로 사용된다.

일반적인 액정표시장치의 제조 공정을 도 1을 통하여 살펴보면, 1단계로 하부 TFT기판과 상부 컬러필터 기판을 준비하는 단계와, 2단계로 상기 컬러필터 기판과 TFT어레이 기판 상에 배향막을 형성하는 단계와, 3단계로 배향막 위에 액정의 초기배열을 위한 러빙(rubbing) 단계와, 4단계로 실(seal)패턴을 형성하는 단계와, 5단계로 셀 갭 형성을 위한 스페이서(spacer)를 산포하는 단계와, 6단계로 TFT 기판과 컬러필터 기판을 합착하는 단계와, 7단계로 접합된 기판을 단위 셀 단위로 절단하는 단계와, 8단계로 단위 셀에 액정을 주입하는 단계로 이루어진다.

상술하면, 1단계로 하부 TFT기판과 컬러필터 기판을 준비한다. 하부 기판에는 다수의 스위칭소자가 배열되며 스위칭소자를 구동하기 위한 매트릭스 형태로 게이트 배선과 데이터 배선이 배열된다. 또한 상기의 스위칭 소자와 일대일 대응하는화소전극가 형성되어 있다.

컬러필터 기판은 정보를 컬러로 표시하기 위한 적/녹/청색의 서브 컬러필터와 상기 컬러필터를 보호하고 컬러필터의 단차를 보상하기 위한 평탄화막과 액정에 전계를 인가하는 공통전극을 구비하여 형성된다.

배향막을 형성하는 2단계는 보통 고분자 재질의 박막을 프린팅 방법에 의해 도포함으로써 이루어진다. 상기의 배향막은 상기 하부 기판 및 상기 컬러필터 기판 상에 균일하게 도포된다. 배향막이 균일해야만 액정의 초기 배향이 균일하게 이루어진다. 일반적으로 배향막은 유기질의 유기 배향막인 폴리이미드(polyimide)계열이 주로 쓰인다.

배향막을 형성한 후, 3단계로 형성되는 러빙(rubbing)공정은 액정의 초기배열을 결정하는 중요한 공정으로서 러빙이 바르게 이루어져야 정상적인 액정의 구동이 가능하며 균일한 디스플레이(display)특성을 갖게 된다.

러빙공정은 천을 이용하여 배향막을 일정한 방향으로 문지르는 공정으로써 러빙방향에 따라 액정 단위체가 일정한 방향으로 정렬된다.

다음으로, 액정주입을 위해 상부 기판과 하부 기판의 갭(gap)을 형성하는 기능과 주입된 액정이 유출되는 것을 막는 기능을 하는 실 패턴을 형성하는 공정으로써, 씰 패턴은 열 경화 수지를 이용하여 주로 스크린 인쇄법을 이용하여 하부 기판의 액티브 영역 외곽에 일정한 패턴으로 형성된다.

다음으로 스페이서를 산포하는 단계로서, 상부 기판과 하부 기판 사이의 셀 갭(cell gap)을 일정하고 정밀하게 유지하기 위해 일정한 크기의 스페이서가 산포된다. 그러므로 상기 스페이서 산포 시 하부 기판에 대해 스페이서를 균일한 밀도로 산포해야 한다.

산포 방식은 알코올 등에 스페이서를 혼합하여 분사하는 습식 산포법과 스페이서만을 산포하는 건식 산포법으로 나눌 수 있다. 또한 건식 산포법에는 정전기를 이용하는 건식 산포법과 기체의 압력을 이용하는 제전 산포법이 있는데 정전기에 취약한 액정 셀 구조에는 제전 산포법이 주로 사용된다.

스페이서 산포가 끝나면 컬러필터 기판인 상부 기판과 어레이 기판인 하부 기판을 합착하는 합착 공정이 진행된다. 상기의 합착 배열은 설계 시부터 주어지는 상부 기판과 하부 기판사이의 마진(margin)에 의해 결정되는데 보통 수㎛의 정밀도가 요구된다.

두 기판의 합착 오차범위를 벗어나면 빛이 새어나오게 되어 액정 셀의 구동 시 원하는 화질을 얻을 수 없다.

7 단계로 상기의 1단계부터 6단계에 의해 제작된 액정표시장치의 셀 들을 단위 셀 별로 나눈다. 일반적으로 대면적의 유리 기판은 다수의 액정 셀을 포함하므로. 상기와 같이 대면적의 기판을 단위 셀별로 나누어 하나의 완성된 셀을 얻는다.

다음 단계는 단위 셀에 액정을 주입하는 단계로써, 단위 액정 셀은 수백 ㎠에 수 ㎛의 셀 갭을 갖는다. 따라서 이러한 구조의 액정 셀에 액정 셀의 안과 밖의 압력 차를 이용하여 액정을 주입한다. 이때 액정은 액정 주입구(실 패턴이 형성되지 않은 영역)를 통해 주입되고, 액정 주입 후에는 상기 액정 주입구를 봉지 함으로써 액정 패널을 완성한다.

상기와 같은 방법에 의해 제조되는 액정표시장치는 TFT기판과 컬러필터 기판은 서로 다른 공정 라인을 통해 이루어지는데, 공정이 완성된 후에 검사를 실시하기보다는 중간에 불량 요인을 확인하는 것이 효율적이므로 액정표시장치는 TFT기판이나 컬러필터 기판이 완성된 후에 각각 검사 단계를 거친다. 액정표시장치의 가장 큰 불량요인은 스위칭 소자가 형성된 TFT기판에 있는데, 액정표기장치의 제조 공정중 TFT기판 제조 공정은 가장 정밀하게 이루어 져야하는 제조 공정 중, 배선의 단락 발생, 적층되는 박막의 불균일, 배선간의 합선 등에 의해 스위칭 소자의 오동작 및 동작불능 상태를 야기할 수 있다.

그러므로, 상기에서 설명한 바와 같이 액정표시장치를 제조하는 공정중에서 TFT어레이 기판이 완성된 후에 TFT어레이 기판을 검사하는 공정이 진행된다.

TFT어레이 기판의 개략적 구조를 도 2를 통하여 살펴보면, 일정한 간격을 유지하면서 횡 방향으로 배열되는 다수의 게이트 배선(201)과, 상기의 게이트 배선과 수직 교차하면서 종으로 배열되는 다수의 데이트 배선(203)과, 상기 게이트 배선(201)과 데이트 배선(203)의 교차점에 형성되고 매트릭스 형태로 배열되는 TFT(T)와, 게이트 배선과 데이터 배선의 교차에 의해 생성되는 화소 영역에 형성되면서 상기의 TFT와 각각 연결되어 있는 화소전극(205)과, TFT어레이 기판(200)을 정확하게 얼라인하고 검사하기 위하여 어레이 기판의 위치를 표시하기 위하여 TFT어레이 기판의 외곽영역(즉, 비화소 영역)에 형성되는 얼라인 마크(206)를 포함하여 구성된다.

스위칭 소자가 완성된 TFT어레이 기판은 그 위에 배향막을 형성하기 전에 테스트를 실시하기 위하여 전자 빔 테스트기로 이송된다. 전자 빔 테스트기의 스테이지로 이송된 기판은 스테이지 상에 안착된다.

전자총에 의한 기판 및 얼라인 마크를 확인하는 테스트 원리는 전자총에서 발생하는 전자가 기판 상에 충돌하면 기판 상에서는 2차 전자가 발생하고 상기의 2차 전자를 전자 검출기에서 검출하여 기판의 얼라인 여부와 단위 화소의 불량여부를 검사한다. 이차 전자의 발생여부는 전자가 조사되는 물질의 전기적 성질에 의해 달라진다. 즉, 물질은 서로 다른 일 함수를 가지는데 전자총에서 조사되는 전자에 의해 발생되는 전자의 량이 물질에 따라 다르고 발생되는 2차 전자의 량을 검출함으로써 기판의 위치 및 단위화소의 불량을 확인할 수 있다.

상기의 전자총은 기판의 얼라인 확인과 더불어 기판 상에 형성된 스위칭 소자의 불량여부를 확인하는데 다같이 사용된다. 먼저, 기판의 얼라인 여부를 확인하고 얼라인이 제대로 완성된 후에 기판 상에 형성된 스위칭 소자의 불량여부를 확인한다.

얼라인 확인을 먼저 해야하는 이유는 TFT어레이 기판 상에 형성된 단위 화소는 매우 미세하여 약간의 오차가 발생하면 전자총 검사기에서 조사되는 전자는 검사하고자 하는 단위 화소에 정확히 조사될 수 없어 단위화소의 불량여부를 확인할 수 없다.

먼저, 전자 빔 검사기의 스테이지 상에 로딩된 기판의 얼라인을 검사하기 위하여 전자총으로 전자를 얼라인 마크에 조사한다. 얼라인 마크는 ITO(Indium Tin Oxide)막으로 덮인 부분과 절연막으로 덮인 부분으로 나뉘어 있는데 절연막과 ITO막은 전자충돌에 의한 2차 전자의 발생정도가 서로 다르므로 발생하는 2차 전자의 량을 전자 검출기에서 검출하여 기판의 정렬 상태를 검사한다.

기판의 정렬이 올바르게 된 경우, 기판 상의 단위화소의 검사를 실시한다. 단위화소의 검사는 상기 전자총에서 발생하는 1차전자를 단위화소에 조사하여 발생하는 2차 전자의 정도를 검출기가 검출함으로써 이루어진다.

단위화소가 정상적으로 작동하면 화소전극에 전자가 충진되어 있을 것이므로 많은 량의 2차 전자가 방출될 것이고 화소가 불량이면 발생하는 2차 전자의 량은 적을 것이므로 그 차이를 이용하여 단위화소의 불량여부를 확인한다.

그러나 종래의 TFT어레이 기판의 얼라인 마크는 도 2에서 보는 바와 같이 독립하여 존재함으로 전자빔의 조사에 의해 방출되는 2차 전자의 량이 미미하고 그 발생 강도가 일정하지 못한 문제가 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 TFT어레이 기판 상의 얼라인 마크에 전류를 인가할 수 있도록 구조를 개선함으로써 TFT어레이 기판의 확인을 효율적으로 하고자 하는 것을 그 목적으로 한다.

도 1은 종래의 액정표시장치의 제조공정을 나타내는 수순도.

도 2는 종래의 TFT어레이 기판의 구조를 나타내는 개략적 단면도.

도 3은 본 발명의 전자빔 검사기의 대략적 구조를 나타내는 단면도.

도 4는 본 발명의 TFT어레이 기판의 구조를 나타내는 개략적 단면도.

********도면의 중요부분에 대한 부호의 설명**********

310:전자빔 원통 312:기판

314:스테이지 316전자총

318:자계 렌즈 320:편광판

322:조리개 324:자계 렌즈

326:편향기 336:검출기

401:게이트 배선 402:게이트 패드

403:데이터 배선 404:데이터 패드

405:화소 전극 406:얼라인 마크

상기의 목적을 완성하기 위해, 본 발명의 TFT어레이 기판은 횡 방향으로 배열되는 다수의 게이트 배선과, 상기 게이트 배선과 수직교차하며 종으로 배열되는 다수의 데이터 배선과, 상기 게이트 배선과 데이터 배선의 교차점에 형성되며 매트릭스 형태로 배열되는 다수의 TFT와, 상기 게이트 배선과 데이터 배선의 교차로 발생하는 단위 영역에 형성되는 다수의 화소전극과, 게이트 배선에 게이트 신호를 인가하기 위한 게이트 패드와, 데이트 배선에 신호를 인가하는 데이터 패드와, 상기 게이트 패드 또는 데이터 패드 중 일 패드와 전기적으로 연결되면서 기판의 일 측에 형성되어 있는 얼라인 마크를 구비하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명에 대해 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

우선, 도 3에 도시된 전자빔 검사기는 검사를 위하여 로딩된 기판(314)에 신호를 인가하는 구동회로부(미도시)와, 구동회로부로부터 신호가 인가된 기판에 전자빔을 조사하여 기판으로부터 2차 전자를 발생시키는 전자총(316)과, 2차 전자를 여기하고 원하는 분석전압을 출력하는 드라이버(348), 분석전압에 의하여 여기된 2차 전자를 검출하는 검출기(336)를 구비하여 구성된다.

도 3은 전자빔 테스트기의 더 자세한 구성을 나타내는 블록 도이다. 전자빔 원통 내에는 기판이 스테이지(312) 상에 놓이게 되고 전자총으로부터의 전자빔(EB)은 자계 렌즈(318), 펄스화용 형광판(320), 펄스화용 조리개(322), 편향기(326), 분석 그리드(328), 대물 렌즈(324)를 통하여 스테이지(314) 상의 기판에 조사되며 상기 기판으로부터 발생하는 2차 전자(SE)를 검출하는 검출기(336)가 구비되어 있다.

상기의 검출기(336)에서 2차 전자의 신호량은 전압치로 변환되고, 상기 전압치는 앰프(338)에서 증폭되며, A/D변환기(340)에서 디지털 신호로 변환되고 제어 장치(342)에 공급된다. 제어 장치(342)에는 정보 입력부(344) 및 표시장치(346)가 구비되어 있다.

제어 장치(342)는 드라이버(348)를 제어하여 전자빔 원통을 제어한다. 또 제어 장치(342)는 클록 발생기(350)를 제어하여 클록을 출력시킨다. 클록은 카운터(352)에 공급되고 그 카운터 값이 딜레이 유니트(354)에 공급되는 동시에 제어 장치(342)에 공급된다. 또 클록은 테스트신호 발생회로(356)에 공급되고, 상기 테스트 신호 발생회로(356)는 클록에 따른 타이밍에서 기판으로의 테스트 신호를 제어한다.

또한 클록은 딜레이 유니트(354)에 공급되고 상기 딜레이 유니트(354)는 클록에 따른 타이밍 및 카운터로부터의 카운터 값에 따라서 A/D 변환기(340)를 제어하는 동시에 전자빔 원통(310)을 제어하여 간헐적으로 전자빔을 조사한다.

전자빔 검출기 상의 스테이지에 기판이 로딩되면 기판의 얼라인을 시키는 것이 필수적이다.

기판의 단위 셀의 외곽으로는 기판의 얼라인의 여부를 확인하기 위하여 (도 4에서 도시된 바와 같이) 얼라인 마크가 배치되어 있다. 상기 얼라인 마크는 기판의 단위 셀마다 형성되어 있으며 단위 셀의 사면 모서리에 형성되어 있다. 그러나 사면 모서리에만 형성될 수 있는 것이 아니라 단위 셀 내의 화소영역과 게이트 패드 또는 데이터 패드 사이의 소정의 위치에 다수 형성될 수 있다.

얼라인 마크의 위치는 미리 전자빔 검사기의 제어 장치에 입력되어 있으며 기판이 상기 스테이지 상에 로딩되면 전자빔은 전자총을 통하여 얼라인 마크 상으로 조사된다.

얼라인 마크는 TFT어레이 기판의 제조 공정 중 형성된 것으로써, ITO로 이루어진 부분과 절연막으로 이루어진 부분으로 구분된다. 그러나 얼라인 마크가 전자빔에 의해 조사되는 전자에 의해 발생하는 2차 전자의 발생률을 검출함으로써 얼라인 마크의 위치를 파악하는 것이므로 형성되는 막성분이 ITO나 절연막으로만 한정할 것은 아니다.

전자총은 얼라인 마크를 전체적으로 스캐닝하게 되는데 전자총에 의해 조사되는 전자가 얼라인 마크 상의 ITO 영역과 절연막 영역에 중 어디에 조사되느냐에 따라 2차 전자의 발생비율이 다르다.

ITO는 도전성을 가진 투명 전극으로써 전자빔에서 조사되는 전자와의 충돌에 의해 2차 전자가 절연막에 비해 더욱 많이 발생하므로 검사기는 그 차이를 검출하여 얼라인의 정부를 판단할 수 있다.

본 발명에서는 상기의 얼라인 마크가 단위 셀의 단위화소에 전기 신호를 인가하는 신호인가 패드의 일부와 전기적으로 연결되어 있어 전자가 얼라인 마크 상에 충진될 수 있는 구조를 하고 있어 상기 전자총에 의해 조사되는 전자와 충돌에 의해 2차 전자의 발생이 더욱 활발하다. 그러므로 전자 검출기에 의한 2차 전자의 검출이 더욱 용이하고 얼라인 마크 감지도가 향상된다. 특히, 얼라인 마크의 도전성 물질(본 실시 예에서는 ITO막)과 신호인가 패드가 접속되어 있다.

얼라인이 올바르게 된 경우, 상기 제어 장치에서는 단위 셀 상의 단위화소의 테스트를 지시한다. 단위화소는 일정한 간격과 크기와 패턴으로 형성되어 있으므로 미리 프로그램된 제어장치의 제어 신호에 의해 전자총은 기판 상의 단위화소에 전자를 조사한다.

화소영역의 외곽에 형성된 신호인가 패드(402,403)는 전자빔 검출기 상의 스테이지(312)와 전기적으로 연결되어 있고 전기 신호를 공급받아 단위화소에 신호를 인가한다.

소정의 단위화소에 신호가 인가될 때 화소전극은 전자로 충진되게 되고 단위화소에 불량이 발생한 경우에는 단위화소는 오프 상태가 되어 전류가 흐르지 않는다.

그러므로, 전자가 충진된 온 상태와 전자가 흐르지 않는 오프 상태에 따라 단위화소는 전자총에서 조사되는 전자와의 충돌에 의해 2차 전자의 발생비율이 다르게 된다. 상기의 2차 전자를 감지하여 단위화소의 불량여부를 판단한다.

2차 전자의 신호치는 전압치로 변환되고 앰프에 의해 증폭되며, A/D변환기에서 디지털 신호로 변환되어 제어장치에 입력되며 제어장치는 화소의 불량여부를 판단한다.

본 발명은 상기에서 설명한 바와 같이 TFT어레이 기판 상에 얼라인 마크를 배치함에 있어서 화소영역과 화소영역에 신호를 인가하는 신호인가 패드 사이에 얼라인 마크를 배치하고 얼라인 마크와 신호인가 패드가 전기적으로 연결되도록 구조를 변경함으로써 전자빔에 의한 기판 검사 시 얼라인 정부 판단을 효율적으로 할 수 있게 한다.

Claims (6)

1. 서로 수직 교차하는 게이트 배선 및 데이터 배선을 포함하는 기판;

   상기 게이트 배선 및 데이터 배선에 각각 신호를 인가하는 게이트 패드및 데이터 패드;

   상기 게이트 배선과 데이터 배선의 교차영역 마다 형성되고 게이트 전극과 게이트 절연막과 채널 층과 소오스/드레인 전극과 소오스/드레인 전극을 절연하고 보호하는 보호막과 화소전극을 포함하는 스위칭 소자;

   상기 게이트 패드 및 데이터 패드중 어느 하나와 접속하는 적어도 하나 이상의 얼라인 마크를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 스위칭 소자 어레이 기판.
2. 제 1항에 있어서, 상기 얼라인 마크는 단위 셀 화소영역의 각 모서리 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 스위칭 소자 어레이 기판.
3. 제 1항에 있어서, 상기 얼라인 마크는 전자 조사에 의해 발생되는 2차전자의 발생 비율이 서로 다른 물질로 구분되어 구성되는 것을 특징으로 하는 스위칭 소자 어레이 기판.
4. 제 3항에 있어서, 상기 얼라인 마크의 조성물질은 ITO 막과 절연막으로 구성되는 것을 특징으로 하는 스위칭 소자 어레이 기판.
5. 제 1항에 있어서, 상기 스위칭 소자는 박막트랜지스터인 것을 특징으로 하는 스위칭 소자 어레이 기판.
6. 제 1항에 있어서, 상기 얼라인 마크는 상기 스위칭 소자의 보호막 및 화소전극을 형성하는 단계에서 형성되는 것을 특징으로 하는 스위칭 소자 어레이 기판.