KR20070113569A - 마스크리스 노광 장비를 사용한 박막 트랜지스터 기판의제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 (a) 게이트선, 박막 트랜지스터의 게이트 전극 및 공통 전극을 포함하는 게이트 패턴이 형성되고 게이트 절연막, 활성층 및 오믹 접촉층이 형성된 기판 상에 데이터선, 박막 트랜지스터의 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 데이터 패턴이 형성될 데이터 금속층을 형성하는 단계, (b) 데이터 금속층 상에 포토레지스트를 형성하는 단계, (c) 데이터선 및 박막 트랜지스터가 형성될 영역을 제외한 나머지 영역 내의 포토레지스트를 마스크리스 노광 장비를 사용하여 1차 노광하는 단계, (d) 박막 트랜지스터의 채널이 형성될 영역 내의 포토레지스트를 마스크리스 노광 장비를 사용하여 1차 노광 시의 노광량보다 적은 노광량으로 2차 노광하는 단계, 및 (e) 1차 및 2차 노광된 포토레지스트를 현상하는 단계를 포함하는 박막 트랜지스터 기판의 제조방법에 관한 것이다.
마스크리스, 디지털 마이크로 미러 장치(DMD), 분할 노광, 스티치 불량
Description
도 1은 종래의 다수의 샷을 통한 노광 공정을 설명하기 위한 평면도이다.
도 2는 도 1의 인접한 노광 영역 간에 발생하는 스티치 불량을 나타낸 평면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 마스크리스 노광 장비를 사용한 노광 공정 및 이에 후속되는 현상 공정에 의해 포토레지스트가 다층으로 형성된 형상을 나타낸 단면도이다.
도 4a 내지 도 4m은 본 발명의 제1 실시예에 따른 마스크리스 노광 장비를 사용한 박막 트랜지스터 기판의 제조방법을 나타낸 공정 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 마스크리스 노광 장비를 사용한 박막 트랜지스터 기판의 제조방법을 설명하기 위한 평면도이다.
도 6은 도 5의 I영역에서의 노광방법을 설명하기 위한 평면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 마스크리스 노광 장비를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 8은 도 7의 디지털 마이크로 미러 장치를 나타낸 사시도이다.
{도면의 주요부분에 대한 부호의 설명}
100 : 기판 150 : 데이터 금속층
152 : 데이터선 154 : 소스 전극
156 : 드레인 전극 200 : 포토레지스트
300 : 마스크리스 노광 장비 350 : 디지털 마이크로 미러 장치
351, 352 : 마이크로 미러 358 : 메모리셀
L1, L2 : 레고 패턴
본 발명은 마스크리스 노광 장비를 사용한 박막 트랜지스터 기판의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 박막 트랜지스터 기판은 액정 표시장치(liquid crystal display; LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(plasma display panel; PDP) 및 유기전계 발광소자(organic light emitting diodes; OLED) 등과 같은 평판 표시장치(flat panel display; FPD)에서 각 화소를 독립적으로 구동하기 위한 기판으로 사용된다. 이하에서는 박막 트랜지스터 기판을 갖는 액정 표시장치를 예로 들어 설명한다.
액정 표시장치는 액정의 전기 광학 특성을 이용하여 화상을 표시하는 장치이다. 이러한 액정 표시장치는 화상을 표시하는 액정 패널, 액정 패널에 광을 제공하는 백라이트 유닛 및 액정 패널을 구동하는 구동회로 유닛을 포함한다.
액정 패널은 액정을 사이에 두고 합착된 박막 트랜지스터 기판 및 컬러 필터 기판을 포함한다. 박막 트랜지스터 기판에는 액정에 전압을 인가하기 위한 박막 트랜지스터, 화소 전극 및 공통 전극을 포함하는 박막 트랜지스터 어레이가 형성되어 있다. 컬러 필터 기판에는 색을 표현하기 위한 적/녹/청색 컬러 필터를 포함하는 컬러 필터 어레이가 형성되어 있다. 여기서, 공통 전극은 컬러 필터 기판에 형성될 수 있다.
이러한 액정 패널은 유리나 플라스틱 등과 같은 제1 기판 상에 박막 트랜지스터 어레이를 형성함과 아울러 유리나 플라스틱 등과 같은 제2 기판 상에 컬러 필터 어레이를 형성한 후, 제1 및 제2 기판 중 어느 한 기판에 액정을 적하한 다음, 제1 및 제2 기판을 합착한 후, 합착된 제1 및 제2 기판을 절단함으로써 제조된다.
제1 기판 상에 형성되는 박막 트랜지스터 어레이 및 제2 기판 상에 형성되는 컬러 필터 어레이 각각은 사진 식각 공정을 통해 형성되며, 이 과정에서 마스크를 사용하는 노광 장비를 이용한 노광 공정이 진행된다.
예를 들어, 제1 기판 상에 박막 트랜지스터 어레이를 제조하기 위해 5매의 마스크가 사용되며 각 마스크 당 1번의 노광 공정이 진행된다. 이 때에는, 제1 마스크 공정을 통해 게이트선, 게이트 전극 및 공통 전극을 포함하는 게이트 패턴이 형성되고, 제2 마스크 공정을 통해 게이트 절연막, 활성층 및 오믹 접촉층이 형성 되고, 제3 마스크 공정을 통해 데이터선, 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 데이터 패턴이 형성되고, 제4 마스크 공정을 통해 보호막이 형성되고, 제5 마스크 공정을 통해 화소전극을 포함하는 투명 도전 패턴이 형성된다.
그런데, 노광 공정 시 사용되는 마스크 수가 많으면 박막 트랜지스터 기판의 제조 공정이 복잡해짐과 아울러 그 제조 시간이 증가하게 된다. 이로 인해, 박막 트랜지스터 기판 및 액정 표시장치의 생산성은 떨어진다라는 문제점이 있다.
이 때문에, 5매의 마스크를 사용하는 대신 4매의 마스크를 사용하여 각 마스크 당 1번의 노광 공정을 통해 박막 트랜지스터 어레이를 제조하는 기술이 개발되어 적용되고 있다. 즉, 제1 마스크 공정을 통해 게이트 패턴이 형성되고, 제2 마스크 공정을 통해 게이트 절연막, 활성층, 오믹 접촉층 및 데이터 패턴이 형성되고, 제3 마스크 공정을 통해 보호막이 형성되고, 제4 마스크 공정을 통해 투명 도전 패턴이 형성된다. 여기서, 제2 마스크 공정에서 사용되는 마스크는 슬릿(slit) 마스크 또는 반투과(half-tone) 마스크 등과 같은 부분 노광 마스크이다.
그런데, 기존의 노광 장비에서 사용되는 상기와 같은 마스크는 고가이다. 특히, 부분 노광 마스크의 경우 다른 마스크에 비해 상당히 고가이다. 이는 박막 트랜지스터의 채널이 형성될 영역과 부분 노광 마스크가 중첩되는 영역에서 슬릿 마스크에는 슬릿 패턴을, 반투과 마스크에는 광이 50% 정도 투과되도록 그 표면 처리를 해야하기 때문이다.
또한, 상기와 같은 마스크는 대면적으로 갈수록 그 제작이 어려워지는 문제점이 있다. 이 때문에, 마스크 제작 비용은 액정 표시장치가 대형화됨에 따라 기하 급수적으로 증가하게 되며, 이로 인해 박막 트랜지스터 기판 및 액정 표시장치의 제조 단가는 상승하게 되는 문제점이 있다.
한편, 액정 표시장치의 생산성 향상 및 대형화를 위해 대면적의 제1 및 제2 기판이 사용되는 추세이지만 노광 장비의 기술적 한계로 인해 마스크의 크기는 이에 부응하지 못하는 실정이다. 이에 따라, 대면적의 제1 및 제2 기판을 다수의 노광 영역으로 분할하여 다수의 샷(shot)을 통해 노광하는 분할 노광 방법이 사용되고 있다. 여기서, 샷이란 1개의 노광 영역을 노광하는 것을 말하며 이 샷의 크기에 의해 각 노광 영역의 크기가 결정된다.
도 1은 종래의 다수의 샷을 통한 노광 공정을 설명하기 위한 평면도이고, 도 2는 도 1의 인접한 노광 영역 간에 발생하는 스티치 불량을 나타낸 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 기판(10) 상에 박막 트랜지스터 어레이(14)를 형성하기 위해 다수의 샷이 진행된다. 그러나, 샷은 실제적으로 전이(shift), 회전(rotation), 비틀림(distortion) 등의 왜곡이 발생하기 때문에 각 샷은 정확히 정렬되지 않아 인접한 샷 간 즉, 인접한 노광 영역(18a, 18b, 18c, 18d) 간에는 불연속성이 발생하게 된다.
이로 인해 인접한 노광 영역(18a, 18b, 18c, 18d)의 경계 영역에서 휘도 차이가 발생하며 이는 스티치(stitch) 불량으로 인지된다. 여기서, 스티치 불량이란 인접한 노광 영역(18a, 18b, 18c, 18d)의 경계 영역이 사람의 눈에 띠처럼 보이는 불량을 말한다. 이러한 스티치 불량은 액정 표시장치의 화질 저하를 야기시킨다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 마스크를 사용하지 않는 마스크리스 노광 장비를 사용한 노광 공정을 수행하여 박막 트랜지스터 기판 및 이를 갖는 평판 표시장치의 생산성 향상 및 제조 단가를 낮춤과 아울러 대면적 기판의 노광 시 발생할 수 있는 스티치 불량을 방지할 수 있는 마스크리스 노광 장비를 사용한 박막 트랜지스터 기판의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 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 발명에 따른 마스크리스 노광 장비를 사용한 박막 트랜지스터 기판의 제조방법은 (a) 게이트선, 박막 트랜지스터의 게이트 전극 및 공통 전극을 포함하는 게이트 패턴이 형성되고 게이트 절연막, 활성층 및 오믹 접촉층이 형성된 기판 상에 데이터선, 상기 박막 트랜지스터의 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 데이터 패턴이 형성될 데이터 금속층을 형성하는 단계, (b) 상기 데이터 금속층 상에 포토레지스트를 형성하는 단계, (c) 상기 데이터선 및 상기 박막 트랜지스터가 형성될 영역을 제외한 나머지 영역 내의 상기 포토레지스트를 마스크리스 노광 장비를 사용하여 1차 노광하는 단계, (d) 상기 박막 트랜 지스터의 채널이 형성될 영역 내의 상기 포토레지스트를 상기 마스크리스 노광 장비를 사용하여 상기 1차 노광 시의 노광량보다 적은 노광량으로 2차 노광하는 단계, 및 (e) 상기 1차 및 2차 노광된 포토레지스트를 현상하는 단계를 포함한다.
상기 (e) 단계의 포토레지스트의 두께는 상기 박막 트랜지스터의 채널이 형성될 영역 내의 상기 포토레지스트의 두께가 상기 데이터선, 상기 박막 트랜지스터의 소스 전극 및 드레인 전극이 형성될 영역 내의 상기 포토레지스트의 두께보다 작은 것을 특징으로 한다.
상기 (c) 및 (d) 단계의 마스크리스 노광 장비는 디지털 마이크로 미러 장치를 사용하여 마스크리스 노광을 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 디지털 마이크로 미러 장치는 상기 포토레지스트를 노광하기 위한 노광 데이터가 저장되는 메모리셀, 및 상기 노광 데이터 인가에 의해 온/오프 상태가 조절되는 마이크로 미러를 포함한다.
상기 기판은 다수의 노광 영역으로 구분되며, 상기 노광 데이터는 상기 다수의 노광 영역 중 서로 인접한 노광 영역 간에서 중첩됨으로써 일체화될 수 있는 레고 패턴에 상응하는 데이터를 포함한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 마스크리스 노광 장비를 사용한 박막 트랜지스터 기판의 제조방법은 (a) 마스크리스 노광 장비를 사용한 1번의 노광 공정을 포함하는 제1 공정을 통해 기판 상에 게이트선, 박막 트랜지스터의 게이트 전극 및 공통 전극을 포함하는 게이트 패턴을 형성하는 단계, (b) 상기 마스크리스 노광 장비를 사용한 2번의 노광 공정을 포함하는 제2 공정을 통해 게이 트 절연막, 활성층 및 오믹 접촉층과 데이터선, 상기 박막 트랜지스터의 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 데이터 패턴을 형성하는 단계, (c) 상기 마스크리스 노광 장비를 사용한 1번의 노광 공정을 포함하는 제3 공정을 통해 보호막을 형성하는 단계, 및 (d) 상기 마스크리스 노광 장비를 사용한 1번의 노광 공정을 포함하는 제4 공정을 통해 화소 전극을 포함하는 투명 도전 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 (b) 단계의 2번의 노광 공정은 서로 다른 노광량을 사용하는 단계인 것을 특징으로 한다.
상기 (b) 단계의 2번의 노광 공정은 i) 상기 데이터선 및 상기 박막 트랜지스터가 형성될 영역을 제외한 나머지 영역 내의 상기 포토레지스트를 상기 마스크리스 노광 장비를 사용하여 1차 노광하는 단계, 및 ii) 상기 박막 트랜지스터의 채널이 형성될 영역 내의 상기 포토레지스트를 상기 마스크리스 노광 장비를 사용하여 상기 1차 노광 시의 노광량보다 적은 노광량으로 2차 노광하는 단계를 포함한다.
상기 (a), (b), (c) 및 (d) 단계의 마스크리스 노광 장비는 디지털 마이크로 미러 장치를 사용하여 마스크리스 노광을 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 디지털 마이크로 미러 장치는 상기 포토레지스트를 노광하기 위한 노광 데이터가 저장되는 메모리셀, 및 상기 노광 데이터 인가에 의해 온/오프 상태가 조절되는 마이크로 미러를 포함한다.
상기 기판은 다수의 노광 영역으로 구분되며, 상기 노광 데이터는 상기 다수의 노광 영역 중 서로 인접한 노광 영역 간에서 중첩됨으로써 일체화될 수 있는 레 고 패턴에 상응하는 데이터를 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, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 마스크리스 노광 장비를 사용한 박막 트랜지스터 기판의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 마스크리스 노광 장비를 사용한 노광 공정 및 이에 후속되는 현상 공정에 의해 포토레지스트가 다층으로 형성된 형상을 나타낸 단면도이다.
도 3을 참조하면, 유리나 플라스틱 등과 같은 기판(100) 상에는 게이트선, 박막 트랜지스터의 게이트 전극(112) 및 공통 전극(114)을 포함하는 게이트 패턴이 형성되어 있고, 상기 기판(10) 및 게이트 패턴 상에는 게이트 절연막(120), 활성층(130) 및 오믹 접촉층(140)이 형성되어 있다. 또한, 오믹 접촉층(140) 상에는 데이터선, 박막 트랜지스터의 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 데이터 패턴이 형성될 데이터 금속층(150)이 형성되어 있다. 그리고, 데이터 금속층(150) 상에는 식각 시 마스크로 사용되는 포토레지스트(200)가 형성되어 있다. 여기서, 포토레지스트(200)는 양 또는 음의 감광성을 가질 수 있으나, 이하에서는 양의 감광성을 가지는 포토레지스트(200)를 예로 들어 설명한다.
포토레지스트(200)는 데이터선 및 박막 트랜지스터가 형성될 영역(C) 내에만 형성되어 있다. 이는 데이터선 및 박막 트랜지스터가 형성될 영역(C)을 제외한 나머지 영역(D) 내의 포토레지스트(200)가 마스크리스 노광 장비에 의해 1차 노광되기 때문이다.
데이터선 및 박막 트랜지스터가 형성될 영역(C) 내의 포토레지스트(200)는 다층을 갖도록 형성되어 있다. 다시 말하면, 박막 트랜지스터의 채널이 형성될 영역(C1) 내의 포토레지스트(200)의 두께(T1)가 데이터선, 박막 트랜지스터의 소스 전극 및 드레인 전극이 형성될 영역(C2) 내의 두께(T2)보다 작다. 이는 박막 트랜지스터의 채널이 형성될 영역(C1) 내의 포토레지스트(200)가 마스크리스 노광 장비에 의해 1차 노광 시의 노광량보다 적은 노광량(예를 들어, 1차 노광 시의 노광량의 50% 정도의 노광량)으로 2차 노광되기 때문이다.
도 4a 내지 도 4m은 본 발명의 제1 실시예에 따른 마스크리스 노광 장비를 사용한 박막 트랜지스터 기판의 제조방법을 나타낸 공정 단면도이다. 여기서, 도 4a 및 도 4b는 제1 공정을 나타낸 공정 단면도이고, 도 4c 내지 도 4i는 제2 공정을 나타낸 공정 단면도이고, 도 4j 및 도 4k는 제3 공정을 나타낸 공정 단면도이고, 도 4l 및 도 4m은 제4 공정을 나타낸 공정 단면도이다.
먼저, 도 4a에 도시된 바와 같이, 기판(100) 상에 게이트 패턴이 형성될 게이트 금속층(110)을 1층 이상으로 형성한 후, 상기 게이트 금속층(110) 상에 포토레지스트(200)를 형성한 다음, 마스크리스 노광 장비를 사용한 1번의 노광 공정을 수행한다.
구체적으로, 예를 들어, 기판(100) 상에 Cr 또는 Cr합금, Al 또는 Al합금, Mo 또는 Mo합금, Ag 또는 Ag합금, Cu 또는 Cu합금, Ti 또는 Ti합금, Ta 또는 Ta합금 등의 물질로 게이트 금속층(110)을 1층 이상으로 형성한다. 여기서, 게이트 금속층(110)의 형성을 위해 스퍼터링(sputtering) 등의 방법이 사용될 수 있다.
이어, 포토레지스트(200)를 게이트 금속층(110) 상에 형성한다. 여기서, 포토레지스트(200)의 형성을 위해 스핀 코팅, 슬릿 코팅, 스핀 앤드(and) 슬릿 코팅 및 인쇄 등의 방법 중 어느 하나가 사용될 수 있다. 이하, 포토레지스트(200)의 형성은 상기한 방법 중 어느 하나가 사용될 수 있다.
이어, 마스크리스 노광 장비를 사용하여 게이트 패턴이 형성될 영역(A)을 제외한 나머지 영역(B) 내의 포토레지스트(200)를 1번 노광한다.
이어, 현상액을 통해 포토레지스트(200)를 현상한 후 식각 및 박리 공정을 수행하면 도 4b에 도시된 바와 같이, 게이트선, 게이트 전극(112) 및 공통 전극(114)을 포함하는 게이트 패턴이 형성된다. <제1 공정>
다음으로, 도 4c에 도시된 바와 같이, 기판(100) 및 게이트 패턴 상에 게이트 절연막(120), 활성층(130) 및 오믹 접촉층(140)을 형성한 후, 데이터 패턴이 형성될 데이터 금속층(150)을 1층 이상으로 형성한 다음, 상기 데이터 금속층(150) 상에 포토레지스트(200)를 형성한다.
구체적으로, 예를 들어, 기판(100) 및 게이트 패턴 상에 SiNx, SiOx 등의 무기 물질로 게이트 절연막(120)을 1층 이상으로 형성하고, 게이트 절연막(120) 상에 a-Si 등의 물질로 활성층(130)을 형성한 다음, n+ 불순물이 도핑된 a-Si 등의 물질로 오믹 접촉층(140)을 형성한다. 여기서, 게이트 절연막(120), 활성층(130) 및 오 믹 접촉층(140)의 형성을 위해 화학 기상 증착(chemical vapor deposition; CVD) 등의 방법이 사용될 수 있다.
이어, 오믹 접촉층(140) 상에 Cr 또는 Cr합금, Al 또는 Al합금, Mo 또는 Mo합금, Ag 또는 Ag합금, Cu 또는 Cu합금, Ti 또는 Ti합금, Ta 또는 Ta합금 등의 물질로 데이터 금속층(150)을 1층 이상으로 형성한다. 여기서, 데이터 금속층(150)의 형성을 위해 스퍼터링 등의 방법이 사용될 수 있다. 한편, 게이트 절연막(120), 활성층(130), 오믹 접촉층(140) 및 데이터 금속층(150)은 연속적으로 형성될 수 있다.
이어, 포토레지스트(200)를 데이터 금속층(150) 상에 형성한다.
다음으로, 도 4d에 도시된 바와 같이, 마스크리스 노광 장비를 사용하여 데이터선 및 박막 트랜지스터가 형성될 영역(C)을 제외한 나머지 영역(D) 내의 포토레지스트(200)를 1번 노광한다. (1차 노광)
다음으로, 도 4e에 도시된 바와 같이, 마스크리스 노광 장비를 사용하여 박막 트랜지스터의 채널이 형성될 영역(C1) 내의 포토레지스트(200)를 1번 노광한다. 이 때에는, 1차 노광 시의 노광량보다 적은 노광량을 사용하여 노광한다. (2차 노광)
다음으로, 도 4f에 도시된 바와 같이, 현상액을 통해 포토레지스트(200)를 현상하면 포토레지스트(200)가 다층을 갖도록 형성된다.
다음으로, 도 4g에 도시된 바와 같이, 데이터 금속층(150), 오믹 접촉층(140) 및 활성층(130)을 일괄 식각하여 데이터선 및 박막 트랜지스터가 형성될 영역(C)을 제외한 나머지 영역(D) 내의 게이트 절연막(120)을 노출시킨다.
다음으로, 도 4h에 도시된 바와 같이, 애싱(ashing) 공정을 통해 박막 트랜지스터의 채널이 형성될 영역(C1) 내의 포토레지스트(200)를 제거한다. 이 때, 데이터선, 박막 트랜지스터의 소스 전극 및 드레인 전극이 형성될 영역(C2) 내의 포토레지스트(200)도 일부 제거될 수 있다.
이어, 박막 트랜지스터의 채널이 형성될 영역(C1) 내의 데이터 금속층(150) 및 오믹 접촉층(140)을 식각한 후 박리 공정을 수행하면, 도 4i에 도시된 바와 같이, 데이터선(152), 소스 전극(154) 및 드레인 전극(156)을 포함하는 데이터 패턴 및 박막 트랜지스터(TFT)의 채널(CH)이 형성됨과 아울러 박막 트랜지스터(TFT)의 채널(CH)이 형성된 영역(C1) 내의 활성층(130)이 노출된다. <제2 공정>
다음으로, 도 4j에 도시된 바와 같이, 데이터 패턴, 활성층(130) 및 게이트 절연막(120)을 덮도록 보호막(160)을 형성한 후, 마스크리스 노광 장비를 사용한 1번의 노광 공정을 수행한다.
구체적으로, 예를 들어, 데이터 패턴, 활성층(130) 및 게이트 절연막(120)을 덮도록 음의 감광성을 가지는 아크릴 계열의 유기 물질 등으로 보호막(160)을 형성한다. 여기서, 보호막(160)의 형성을 위해 스핀 코팅, 슬릿 코팅, 스핀 앤드 슬릿 코팅 및 인쇄 등의 방법 중 어느 하나가 사용될 수 있다. 한편, 음의 감광성을 가지는 유기 물질 대신 양의 감광성을 가지는 유기 물질을 사용할 수 있다. 또한, 유기 물질 대신 SiNx, SiOx 등의 무기 물질로 보호막(160)을 1층 이상으로 형성할 있다. 또한, 유기 및 무기 물질을 혼용하여 보호막(160)을 1층 이상으로 형성할 수 있다.
이어, 마스크리스 노광 장비를 사용하여 드레인 전극(156)을 일부 노출시키는 콘택홀이 형성될 영역(E)을 제외한 나머지 영역(F) 내의 보호막(160)을 1번 노광한다.
이어, 현상액을 통해 보호막(160)을 현상하면 도 4k에 도시된 바와 같이, 콘택홀(162)이 형성됨과 아울러 보호막(160)이 형성된다. <제3 공정>
다음으로, 도 4l에 도시된 바와 같이, 보호막(160) 및 콘택홀(162)에 의해 노출된 드레인 전극(156) 상에 화소 전극(172)을 포함하는 투명 도전 패턴이 형성될 투명 도전층(170)을 형성한 후, 상기 투명 도전층(170) 상에 포토레지스트(200)를 형성한 다음, 마스크리스 노광 장비를 사용한 1번의 노광 공정을 수행한다.
구체적으로, 예를 들어, 보호막(160) 및 콘택홀(162)에 의해 노출된 드레인 전극(156) 상에 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide) 등의 물질로 투명 도전층(170)을 형성한다. 여기서, 투명 도전층(170)의 형성을 위해 스퍼터링 등의 방법이 사용될 수 있다.
이어, 포토레지스트(200)를 투명 도전층(170) 상에 형성한다.
이어, 마스크리스 노광 장비를 사용하여 투명 도전 패턴이 형성될 영역(G)을 제외한 나머지 영역(H) 내의 포토레지스트(200)를 1번 노광한다.
이어, 현상액을 통해 포토레지스트(200)를 현상한 후 식각 및 박리 공정을 수행하면 도 4m에 도시된 바와 같이, 화소 전극(172)을 포함하는 투명 도전 패턴이 형성된다. <제4 공정>
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 마스크리스 노광 장비를 사용한 박막 트랜지스터 기판의 제조방법을 설명하기 위한 평면도이고, 도 6은 도 5의 I영역에서의 노광방법을 설명하기 위한 평면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 다수의 노광 영역(180a, 180b, 180c, 180d)으로 구분되어 있는 기판(100) 상에는 제1 공정을 통한 게이트 패턴, 제2 공정을 통한 게이트 절연막(120), 활성층(130), 오믹 접촉층(140) 및 데이터 패턴, 제4 공정을 통한 투명 도전 패턴 중 어느 하나를 형성하기 위한 포토레지스트(200)가 형성되어 있거나 보호막(160)이 형성되어 있다. 여기서, 포토레지스트(200) 또는 보호막(160)의 노광을 위해 마스크리스 노광 장비가 사용된다.
다수의 노광 영역(180a, 180b, 180c, 180d)으로 구분된 기판(100) 상의 포토레지스트(200) 또는 보호막(160)의 노광 시 발생할 수 있는 스티치 불량을 방지하기 위해 다수의 노광 영역(180a, 180b, 180c, 180d) 중 서로 인접한 노광 영역(180a, 180b, 180c, 180d)이 중첩되는 영역을 레고 패턴(L1, L2)으로 설계한다. 여기서, 레고 패턴(L1, L2)이란 퍼즐 모양으로 형성되어 서로 중첩시켰을 때 일체화됨으로써 연속성을 가지는 패턴을 말한다.
예를 들어, 노광 영역(180a)과 노광 영역(180b)이 중첩되는 영역(I)에서 노광 영역(180a)에 레고 패턴(L1)을 형성하고 노광 영역(180b)에 레고 패턴(L2)을 형성한다. 그러면, 래고 패턴(L1)과 래고 패턴(L2)은 마스크리스 노광 장비를 사용한 노광 공정에 의해 서로 중첩되어 연속성을 가지게 되며, 이로 인해 스티치 불량이 방지될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 마스크리스 노광 장비를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 마스크리스 노광 장비(300)는 스테이지(310), 광원부(320), 집광부(330), 결상부(340) 및 디지털 마이크로 미러 장치(digital micro-mirror device; DMD)(350)를 포함한다.
스테이지(310)는 가이드를 따라 이동 가능하도록 형성되어 있으며 이 스테이지(310) 상에 기판(100)이 진공 흡착된다. 여기서, 기판(100) 상에는 제1 공정을 통한 게이트 패턴, 제2 공정을 통한 게이트 절연막(120), 활성층(130), 오믹 접촉층(140) 및 데이터 패턴, 제4 공정을 통한 투명 도전 패턴 중 어느 하나를 형성하기 위한 포토레지스트(200)가 형성되어 있거나 보호막(160)이 형성되어 있다. 이하에서는, 포토레지스트(200)가 형성되어 있는 경우를 예로 들어 설명한다.
광원부(320)는 광을 생성하는 적어도 하나의 램프를 포함하고 있다. 여기서, 램프는 광 파이버 어레이 형태일 수 있다.
집광부(330)는 광원부(320)로부터 출광된 광을 집광하는 렌즈(331), 이 렌즈(331)를 통과한 광의 광로에 형성된 로드상 옵티컬 적분기(334) 및 로드상 옵티컬 적분기(334)를 사이에 두고 렌즈(331)와 대향하여 배치된 렌즈(332)를 포함한다.
결상부(340)는 렌즈(341, 342)들로 이루어지는 제1 결상광학계, 렌즈(343, 344)들로 이루어지는 제2 결상광학계, 제1 및 제2 결상광학계의 사이에 삽입된 마이크로렌즈 어레이(346) 및 마스크판(348)을 포함한다.
도 8은 도 7의 디지털 마이크로 미러 장치를 나타낸 사시도이다.
도 8을 참조하면, 디지털 마이크로 미러 장치(350)는 마이크로 미러(351, 352) 및 마이크로 미러(351, 352) 하부에 형성된 메모리셀(358)을 포함한다.
마이크로 미러(351, 352) 각각은 하나의 화소를 구성한다. 이러한 마이크로 미러(351, 352)는 다수개(예를 들어, 1024개×768개)가 격자상으로 배열될 수 있다. 여기서, 마이크로 미러(351, 352)의 배열 피치는 가로 및 세로 방향 모두 수㎛ 내지 수십㎛ 이다.
마이크로 미러(351, 352) 각각은 광원부(320)로부터 출광된 광을 반사시키기 위해 표면에 알루미늄 등의 반사율이 높은 재료가 형성되어 있으며, 그 반사율은 통상 90% 이상이다.
마이크로 미러(351, 352) 각각은 자신의 하부에 형성된 힌지(354) 및 요크(356)를 포함하는 지주에 의해 지지되며 이 지주에 의해 대각선을 중심으로 하여 메모리셀(358)에 대해 ±α도(예를 들어, ±10도)의 범위에서 움직일 수 있다. 이러한 마이크로 미러(351, 352) 각각의 움직임은 메모리셀(358)에 저장된 노광 데이터의 인가에 의해 제어된다.
구체적으로, 노광 데이터의 인가에 대응하여 온(on)된 마이크로 미러(351)는 메모리셀(358)에 대해 +α도로 움직이며, 이 온된 마이크로 미러(351)에 의한 광 반사로 인해 포토레지스트(200)에는 광이 조사된다. 여기서, 노광량 조절을 위해 마이크로 미러(351)의 온 시간을 조절할 수 있다. 예를 들어, 노광량을 감소시키기 위해 마이크로 미러(351)의 온 시간을 짧게할 수 있으며, 노광량을 증가시키기 위 해 마이크로 미러(351)의 온 시간을 길게할 수 있다.
반면, 노광 데이터의 인가에 대응하여 오프(off)된 마이크로 미러(352)는 메모리셀(358)에 대해 -α도로 움직이며, 이 오프된 마이크로 미러(352)에 의한 광 반사로 인해 포토레지스트(200)에는 광이 조사되지 않는다. 즉, 오프된 마이크로 미러(352)에 의해 반사된 광은 광흡수부에 의해 흡수된다.
메모리셀(358)은 노광 데이터를 저장한다. 이러한 메모리셀(358)은, 예를 들어, CMOS셀일 수 있다.
메모리셀(358)에 저장되는 노광 데이터는 마이크로 미러(351, 352) 각각의 움직임을 제어하기 위한 데이터이다. 이 노광 데이터에 의해 움직임이 제어된 마이크로 미러(351, 352)에 의해 포토레지스트(200)는 노광 공정 및 이에 후속되는 현상 공정을 통해 원하는 패턴을 가질 수 있다. 여기서, 노광 데이터는, 예를 들어, 제1 공정을 통한 게이트 패턴, 제2 공정을 통한 게이트 절연막(120), 활성층(130), 오믹 접촉층(140) 및 데이터 패턴, 제3 공정을 통한 보호막(160), 제4 공정을 통한 투명 도전 패턴을 형성하기 위한 데이터일 수 있다. 또한, 노광 데이터는 레고 패턴(L1, L2)에 상응하는 데이터일 수 있다.
상기와 같은 구성을 가지는 마스크리스 노광 장비(300)의 동작을 설명하면, 먼저, 광원부(320)로부터 출광된 광이 렌즈(331)를 통과함으로써 로드상 옵티컬 적분기(334)에 집광된다. 이 광은 로드상 옵티컬 적분기(334) 내를 전반사하면서 진행한다. 이 때, 광은 로드상 옵티컬 적분기(334)의 길이 방향에 대해 평행하도록 변환되며 광의 단면 내 강도는 균일해진다. 이어, 광은 렌즈(332)를 통과한 후 미 러(360)에 의해 반사된 다음, 전반사 프리즘(370)을 통해 디지털 마이크로 미러 장치(350)에 입사된다.
한편, 디지털 마이크로 미러 장치(350)의 메모리셀(358)에 저장된 노광 데이터가 마이크로 미러(351, 352) 각각에 인가되면 마이크로 미러(351, 352) 각각은 대각선을 중심으로 하여 메모리셀(358)에 대해 ±α도의 범위에서 기울어진다. 이 때, 전반사 프리즘(370)을 통해 디지털 마이크로 미러 장치(350)에 입사된 광은 메모리 셀에 대해 ±α도의 범위에서 기울어진 각각의 마이크로 미러(351, 352)에 의해 반사된다.
메모리셀(358)에 대해 -α도로 기울어진 마이크로 미러(351)에 의해 반사된 광은 광흡수부를 통해 흡수되며, 메모리셀(358)에 대해 +α도로 기울어진 마이크로 미러(352)에 의해 반사된 광은 제1 결상광학계 방향으로 진행한다.
이어, 디지털 마이크로 미러 장치(350)에 의해 제1 결상광학계로 진행된 광은 제1 결상광학계에 의해 수배로 확대된 후 마이크로렌즈 어레이(346)에 결상된다. 마이크로렌즈 어레이(346)에 결상된 광은 마스크판(348)에 의해 미광 등이 제거된 상태에서 제2 결상광학계로 진행된다. 이 때, 제2 결상광학계는 마이크로렌즈 어레이(346)를 경유한 광을 수배로 확대한다.
이어, 제2 결상광학계와 기판(100) 사이에 배치된 프리즘 페어(380)의 상하 움직임에 의해 광의 핀트가 조절되며 핀트가 조절된 광은 기판(100)의 모든 노광 영역(180a, 180b, 180c, 180d) 중 일부 노광 영역(180a, 180b, 180c, 180d) 내의 포토레지스트(200)에 조사된다. 이어, 스테이지(310)가 이동함에 따라 광이 기 판(100) 상의 포토레지스트(200)를 스캔하는 방식으로 모든 노광 영역(180a, 180b, 180c, 180d) 내의 포토레지스트(200)에 광이 순차적으로 조사된다.
상기와 같은 일련의 스캔 과정을 통해 기판(100) 상의 포토레지스트(200)를 1번 노광할 수 있다. 이 때, 스캔 회수를 늘림으로써 포토레지스트(200)가 현상 후 다층으로 형성될 수 있도록 할 수 있다.
한편, 상술한 본 발명의 박막 트랜지스터 기판의 제조방법은 컬러 필터 기판의 제조 시에도 적용될 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 따른 마스크리스 노광 장비를 사용한 박막 트랜지스터 기판의 제조방법에서는 마스크를 사용하지 않고 노광할 수 있는 디지털 마이크로 미러 장치를 이용하는 노광 공정을 포함하고 있다.
이 때문에, 기존의 고가인 마스크를 사용할 필요가 없기 때문에 박막 트랜지스터 기판 및 평판 표시장치의 제조 단가를 낮출 수 있다. 또한, 2번의 노광 공정을 포함하는 제2 공정을 통해 게이트 절연막, 활성층, 오믹 접촉층 및 데이터 패턴을 형성할 수 있으므로 박막 트랜지스터 기판 및 평판 표시장치의 생산성을 향상시킬 수 있다.
그리고, 인접한 노광 영역 간에 중첩될 수 있는 레고 패턴에 상응하는 노광 데이터를 사용하므로 대면적 기판 사용 시 발생할 수 있는 스티치 불량을 방지할 수 있다.
Claims (15)
- (a) 게이트선, 박막 트랜지스터의 게이트 전극 및 공통 전극을 포함하는 게이트 패턴이 형성되고 게이트 절연막, 활성층 및 오믹 접촉층이 형성된 기판 상에 데이터선, 상기 박막 트랜지스터의 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 데이터 패턴이 형성될 데이터 금속층을 형성하는 단계;(b) 상기 데이터 금속층 상에 포토레지스트를 형성하는 단계;(c) 상기 데이터선 및 상기 박막 트랜지스터가 형성될 영역을 제외한 나머지 영역 내의 상기 포토레지스트를 마스크리스 노광 장비를 사용하여 1차 노광하는 단계;(d) 상기 박막 트랜지스터의 채널이 형성될 영역 내의 상기 포토레지스트를 상기 마스크리스 노광 장비를 사용하여 상기 1차 노광 시의 노광량보다 적은 노광량으로 2차 노광하는 단계; 및(e) 상기 1차 및 2차 노광된 포토레지스트를 현상하는 단계를 포함하는 박막 트랜지스터 기판의 제조방법.
- 제1 항에 있어서,상기 (e) 단계의 포토레지스트의 두께는상기 박막 트랜지스터의 채널이 형성될 영역 내의 상기 포토레지스트의 두께가 상기 데이터선, 상기 박막 트랜지스터의 소스 전극 및 드레인 전극이 형성될 영 역 내의 상기 포토레지스트의 두께보다 작은 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 기판의 제조방법.
- 제1 항에 있어서,상기 (c) 및 (d) 단계의 마스크리스 노광 장비는디지털 마이크로 미러 장치를 사용하여 마스크리스 노광을 수행하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 기판의 제조방법.
- 제3 항에 있어서,상기 디지털 마이크로 미러 장치는상기 포토레지스트를 노광하기 위한 노광 데이터가 저장되는 메모리셀; 및상기 노광 데이터 인가에 의해 온/오프 상태가 조절되는 마이크로 미러를 포함하는 박막 트랜지스터 기판의 제조방법.
- 제4 항에 있어서,상기 (c) 및 (d) 단계는온된 상기 마이크로 미러에 의해 반사된 광을 사용하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 기판의 제조방법.
- 제5 항에 있어서,상기 (d) 단계의 노광량을 위해 상기 (d) 단계의 마이크로 미러가 온된 시간이 상기 (c) 단계의 마이크로 미러가 온된 시간보다 짧은 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 기판의 제조방법.
- 제4 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 기판은 다수의 노광 영역으로 구분되며,상기 노광 데이터는 상기 다수의 노광 영역 중 서로 인접한 노광 영역 간에서 중첩됨으로써 일체화될 수 있는 레고 패턴에 상응하는 데이터를 포함하는 박막 트랜지트터 기판의 제조방법.
- (a) 마스크리스 노광 장비를 사용한 1번의 노광 공정을 포함하는 제1 공정을 통해 기판 상에 게이트선, 박막 트랜지스터의 게이트 전극 및 공통 전극을 포함하는 게이트 패턴을 형성하는 단계;(b) 상기 마스크리스 노광 장비를 사용한 2번의 노광 공정을 포함하는 제2 공정을 통해 게이트 절연막, 활성층 및 오믹 접촉층과 데이터선, 상기 박막 트랜지스터의 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 데이터 패턴을 형성하는 단계;(c) 상기 마스크리스 노광 장비를 사용한 1번의 노광 공정을 포함하는 제3 공정을 통해 보호막을 형성하는 단계; 및(d) 상기 마스크리스 노광 장비를 사용한 1번의 노광 공정을 포함하는 제4 공정을 통해 화소 전극을 포함하는 투명 도전 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 박막 트랜지스터 기판의 제조방법.
- 제8 항에 있어서,상기 (b) 단계의 2번의 노광 공정은서로 다른 노광량을 사용하는 단계인 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 기판의 제조방법.
- 제8 항에 있어서,상기 (b) 단계의 2번의 노광 공정은i) 상기 데이터선 및 상기 박막 트랜지스터가 형성될 영역을 제외한 나머지 영역 내의 상기 포토레지스트를 상기 마스크리스 노광 장비를 사용하여 1차 노광하는 단계; 및ii) 상기 박막 트랜지스터의 채널이 형성될 영역 내의 상기 포토레지스트를 상기 마스크리스 노광 장비를 사용하여 상기 1차 노광 시의 노광량보다 적은 노광량으로 2차 노광하는 단계를 포함하는 박막 트랜지스터 기판의 제조방법.
- 제10 항에 있어서,상기 (a), (b), (c) 및 (d) 단계의 마스크리스 노광 장비는 디지털 마이크로 미러 장치를 사용하여 마스크리스 노광을 수행하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜 지스터 기판의 제조방법.
- 제11 항에 있어서,상기 디지털 마이크로 미러 장치는상기 포토레지스트를 노광하기 위한 노광 데이터가 저장되는 메모리셀; 및상기 노광 데이터 인가에 의해 온/오프 상태가 조절되는 마이크로 미러를 포함하는 박막 트랜지스터 기판의 제조방법.
- 제12 항에 있어서,상기 (a), (b), (c) 및 (d) 단계 각각의 노광 공정은온된 상기 마이크로 미러에 의해 반사된 광을 사용하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 기판의 제조방법.
- 제13 항에 있어서,상기 ii) 단계의 노광량을 위해 상기 ii) 단계의 마이크로 미러가 온된 시간이 상기 i) 단계의 마이크로 미러가 온된 시간보다 짧은 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 기판의 제조방법.
- 제12 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 기판은 다수의 노광 영역으로 구분되며,상기 노광 데이터는 상기 다수의 노광 영역 중 서로 인접한 노광 영역 간에서 중첩됨으로써 일체화될 수 있는 레고 패턴에 상응하는 데이터를 포함하는 박막 트랜지트터 기판의 제조방법.
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