KR20080032290A

KR20080032290A - 노광 마스크

Info

Publication number: KR20080032290A
Application number: KR1020060097803A
Authority: KR
Inventors: 지영승; 김정오
Original assignee: 엘지.필립스 엘시디 주식회사
Priority date: 2006-10-09
Filing date: 2006-10-09
Publication date: 2008-04-15

Abstract

본 발명은 "⊂"형태의 채널영역을 갖는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조에 이용되며, 빛을 완전히 투과시키는 투과영역과, 완전히 차단하는 차단영역과, 빛의 투과가 상기 투과영역보다 작게 이루어지는 반투과영역을 갖는 노광 마스크에 있어서, 상기 어레이 기판의 "⊂"형태의 채널영역에 대응하여 그 중앙부에 점선형태로, 다각형 모양의 서로 이격하며 빛의 투과를 차단하는 다수의 부분 바(bar)와, 상기 부분 바(bar) 사이의 영역으로 빛을 회절시키며 투과시키는 다수의 부분 슬릿(slit)으로 구성되는 "⊂"형의 메인 바(main bar)와; 상기"⊂"형의 메인 바(main bar)와 이웃하여 이와 동일한 "⊂"형태로 구성되며 빛을 회절시키며 투과시키는 메인 슬릿(main slit)을 포함하는 노광 마스크를 제공한다.

따라서, 액정표시장치용 어레이 기판의 제조에 본 발명에 따른 노광 마스크를 이용하면 "⊂"형태의 채널 전 영역에 대해 균일한 두께를 갖는 포토레지스트 패턴을 형성할 수 있게 됨으로써 언더 애싱 진행으로 액티브층 상부에 불순물 비정질 실리콘의 잔사가 남거나 또는 오버 애싱 진행으로 액티브층이 유실됨으로써 발생하는 불량을 방지하여 어레이 기판 제조 생산성을 향상시키는 효과를 갖는다.

노광마스크, 회절노광, 부분 슬릿, 부분 바

Description

노광 마스크{Exposure mask for using in fabricating the array substrate for liquid crystal display device}

도 1은 일반적인 액정표시장치의 분해사시도.

도 2는 "⊂"형 채널영역을 갖는 것을 특징으로 하는 어레이 기판의 제조에 이용되는 종래의 노광 마스크 일부를 도시한 평면도.

도 3 은 도 2를 절단선 Ⅲ-Ⅲ을 따라 절단한 부분을 통해 노광 및 현상을 진행한 어레이 기판상의 포토레지스트 패턴을 도시한 단면도.

도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 노광 마스크의 액정표시장치용 어레이 기판의 채널영역에 대응하는 영역에 대한 평면도.

도 5 는 본 발명에 따른 노광 마스크를 이용하여 포토레지스트층을 노광한 후 현상한 상태의 채널영역에서의 단면도로써 도 4를 절단선 Ⅴ-Ⅴ를 따라 절단한 부분에 대응하는 어레이 기판 영역의 노광 및 현상을 진행하여 형성된 포토레지스트 패턴을 도시한 단면도.

도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 노광 마스크의 액정표시장치용 어레이 기판의 채널영역에 대응하는 영역에 대한 평면도.

도 7a 및 도 7g는 본 발명에 따른 노광 마스크를 이용한 액정표시장치용 어 레이 기판의 제조 단계에 따른 공정 단면도로서, "⊂"형태의 채널구조를 갖는 박막트랜지스터를 포함하는 하나의 화소영역에 대한 제조 단계에 따른 공정 단면도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

141 : 노광 마스크 145 : 데이터 배선 대응영역

147 : 소스 전극 대응영역 150 : 드레인 전극 대응영역

154 : 점선형태의 "⊂"형 바(bar)

156(156a, 156b) : (제 1, 2)"⊂"형 슬릿

157 : 부분 슬릿 159 : 부분 바(bar)

BA : 차단영역 chA : "⊂"형 채널영역

HTA : 반투과영역 TA : 투과영역

w3 : "⊂"형 슬릿의 폭 w4 : 점선형태의 "⊂"형 바(bar)의 폭

w5 : 부분 바(bar)의 폭 w6 : 부분 슬릿의 폭

w7 : "⊂"형 채널영역의 폭

본 발명은 액정표시장치용 어레이 기판 제조용 노광 마스크 및 이를 이용한 어레이 기판의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 액정표시장치는 일면에 전극이 각각 형성되어 있는 두 기판을 두 전극이 형성되어 있는 면이 마주 대하도록 배치하고 두 기판 사이에 액정 물질을 주입한 다음, 두 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장에 의해 액정 분자를 움직이게 함으로써, 이에 따라 달라지는 빛의 투과율에 의해 화상을 표현하는 장치이다.

액정표시장치는 다양한 형태로 이루어질 수 있는데, 현재 박막트랜지스터와 박막트랜지스터에 연결된 화소전극이 행렬 방식으로 배열된 액티브 매트릭스형 액정표시장치(Active Matrix LCD : AM-LCD)가 해상도 및 동영상 구현 능력이 우수하여 가장 주목받고 있다.

최근에 액정표시장치는 소비전력이 낮고, 휴대성이 양호한 기술 집약적이며, 부가가치가 높은 차세대 첨단 디스플레이(display)소자로 각광받고 있다.

이러한 액정표시장치 중에서도 각 화소(pixel)별로 전압의 온(on),오프(off)를 조절할 수 있는 스위칭 소자인 박막트랜지스터가 구비된 액티브 매트릭스형 액정표시장치가 해상도 및 동영상 구현능력이 뛰어나 가장 주목받고 있다.

일반적으로, 액정표시장치는 박막트랜지스터 및 화소전극을 형성하는 어레이 기판 제조 공정과 컬러필터 및 공통 전극을 형성하는 컬러필터 기판 제조 공정을 통해 각각 어레이 기판 및 컬러필터 기판을 형성하고, 이 두 기판 사이에 액정을 개재하는 액정 셀 공정을 거쳐 완성된다.

도 1은 일반적인 액정표시장치의 분해사시도이다.

도시한 바와 같이, 액정층(30)을 사이에 두고 어레이 기판(10)과 컬러필터 기판(20)이 대면 합착된 구성을 갖는데, 이중 하부의 어레이 기판(10)은 투명한 제 1 기판(12)의 상면으로 종횡 교차 배열되어 다수의 화소영역(P)을 정의하는 복수개의 게이트 배선(14)과 데이터 배선(16)을 포함하며, 이들 두 배선(14, 16)의 교차지점에는 박막트랜지스터(Tr)가 구비되어 각 화소영역(P)에 마련된 화소전극(18)과 일대일 대응 접속되어 있다.

또한, 상기 어레이 기판(10)과 마주보는 상부의 컬러필터 기판(20)은 투명한 제 2 기판(22)의 배면으로 상기 게이트 배선(14)과 데이터 배선(16) 그리고 박막트랜지스터(Tr) 등의 비표시영역을 가리도록 각 화소영역(P)을 둘러싸는 격자 형상의 블랙매트릭스(25)가 형성되어 있으며, 이들 격자 내부에서 각 화소영역(P)에 대응되게 순차적으로 반복 배열된 적, 녹, 청색의 컬러필터 패턴(26a, 26b, 26c)을 포함하는 컬러필터층(26)이 형성되어 있으며, 상기 컬러필터층(26)의 전면에 걸쳐 투명한 공통전극(28)이 구비되어 있다.

그리고, 도면상에 도시되지는 않았지만, 이들 두 기판(10, 20)은 그 사이로 개재된 액정층(30)의 누설을 방지하기 위하여 가장자리 따라 실란트(sealant) 등으로 봉함(封函)된 상태에서 각 기판(10, 20)과 액정층(30)의 경계부분에는 액정의 분자배열 방향에 신뢰성을 부여하는 상, 하부 배향막(미도시)이 개재되며, 각 기판(10, 20)의 적어도 하나의 외측면에는 편광판(미도시)이 구비되어 있다.

또한, 어레이 기판(미도시)의 외측면으로는 백라이트(back-light)가 구비되어 빛을 공급하는 바, 게이트 배선(14)으로 박막트랜지스터(Tr)의 온(on)/오프(off) 신호가 순차적으로 스캔 인가되어 선택된 화소영역(P)의 화소전극(18)에 데이터배선(16)의 화상신호가 전달되면 이들 사이의 수직전계에 의해 그 사이의 액정분자가 구동되고, 이에 따른 빛의 투과율 변화로 여러 가지 화상을 표시할 수 있다.

이러한 구조를 갖는 액정표시장치에 있어, 특히 상기 액정표시장치를 구성하는 구성 요소인 어레이 기판(10)은 금속 또는 절연물질을 투명한 유리 재질의 기판 상에 증착하고, 감광성 물질인 포토레지스트층을 도포한 후 이를 노광 마스크를 이용하여 노광하고 현상 및 식각하는 일련의 단위 공정을 포함하는 마스크 공정을 여러 번 반복함으로써 형성하게 되는데, 통상적으로 이러한 어레이 기판(10)의 완성까지는 5회 내지 6회의 마스크 공정이 진행하게 되므로 5개 또는 6개의 노광 마스크가 사용되게 된다.

1회의 마스크 공정을 진행하기 위해서는 포토레지스트의 도포, 노광, 현상 및 식각 등 4가지 이상의 단위 공정을 진행해야 하는 바, 1회의 마스크 공정을 더욱 진행하게 되면 제조 단가의 상승을 초래하므로, 이러한 어레이 기판(20)의 제조에 있어서, 마스크 공정, 더욱 정확히는 상기 어레이 기판을 제조하는데 사용되는 마스크 수를 줄이려고 많은 노력을 하고 있다.

따라서 최근에는 4마스크 공정을 통한 어레이 기판의 제조 방법이 제안되었다. 이러한 4마스크 공정을 통한 어레이 기판의 제조에는 부분적으로 슬릿구조를 갖는 노광 마스크를 이용하고 있다.

도 2는 종래의 4마스크 제조 방법에 따른 "⊂"형 채널영역을 갖는 것을 특징으로 하는 어레이 기판의 제조에 이용되는 종래의 노광 마스크 일부를 도시한 것이 며, 도 3 은 도 2를 절단선 Ⅲ-Ⅲ을 따라 절단한 부분을 통해 노광 및 현상을 진행한 어레이 기판상의 포토레지스트 패턴을 도시한 단면도이다.

우선, 도 2를 참조하면, 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 노광 마스크(41)는 어레이 기판 상에 소스 및 드레인 전극이 형성될 부분에 대응하는 영역(47, 50)과 데이터 배선이 형성될 영역(45)에 대응하는 부분은 차단영역(BA)이, "⊂"형의 채널영역(chA)에는 "⊂"형 바(bar)(54)와, 상기"⊂"형 바(bar)(54)에 의해 형성된"⊂"형태의 슬릿(56a, 56b)으로 구성된 갖는 반투과영역(HTA)이, 그리고 그 외의 영역은 투과영역(TA) 형성되고 있음을 알 수 있다.

이러한 형태를 갖는 노광 마스크(41)를 통해 노광을 실시하고 노광된 포토레지스트층을 현상할 경우, 도 3에 도시한 바와 같이, 게이트 전극((75))과 그 상부로 순차적으로 게이트 절연막(78)과 순수 비정질 실리콘층(80) 및 불순물 비정질 실리콘층(83)과 금속층(85)이 형성된 기판(70)상에 있어 소스 및 드레인 전극이 형성되어야 할 부분(SEA, DEA)에 대응해서는 제 1 두께(t1)의 제 1 포토레지스트 패턴(91a)이 형성되며, 채널영역(chA)에 있어서는 상기 제 1 두께(t1)보다 얇은 제 2 두께(t2)를 갖는 포토레지스트 패턴(91b)이 상기 채널영역(chA) 전체에 형성되어야 하지만, 그 중앙부 즉 상기 노광 마스크의 "⊂"형 바(bar)(도 2의 54)에 대응되는 부분에 대해서는 노광 시 회절이 적절히 이루어지지 않아서 상기 제 1 두께(t1)보다는 얇지만 상기 제 2 두께(t2)보다는 두꺼운 제 3 두께(t3)의 제 3 포토레지스트 패턴(91c)이 형성되고 있다.

따라서, 상기 채널영역(chA)에 서로 다른 두께(t2, t3)를 갖는 상기 제 2 및 3 포토레지스트 패턴(91b, 91c)을 이용하여 패터닝을 함에 있어 언더 애싱(under ashing)을 진행하게 되면 상기 순수 비정질 실리콘층(80)이 패터닝되어 형성되는 액티브층(미도시) 상부에 상기 불순물 비정질 실리콘층(83)이 완전히 제거되지 않고 남게되는 문제가 발생하고, 오버 애싱(over ashing)을 실시하면 상기 애싱(ashing)에 의해 실질적으로 노출되는 상기 불순물 비정질 실리콘층(83)에도 영향을 주게되는 바, 과도하게 오버 애싱(over ashing)이 진행되면 상기 불순물 비정질 실리콘층(83)까지 제거되어 이후의 상기 불순물 비정질 실리콘층(83)을 제거하는 공정에서 액티브층(미도시)까지 제거됨으로써 박막트랜지스터로서 동작하지 않거나 특성 저하의 불량이 발생하며 더욱이 오버 애싱(over ashing)에 의해 공정시간이 길어지게 되어 생산성을 저하시키는 문제가 발생하고 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 4마스크 공정에 의한 어레이 기판의 제조에 이용되는 마스크의 형태를 변경함으로써 채널영역에 대해 일정한 두께의 포토레지스트 패턴이 형성되도록 하는 구조를 갖는 노광 마스크를 제공하는 것이다.

또한, 이러한 구조의 노광 마스크를 이용하여 4마스크 공정을 통한 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법을 제공함으로써 채널영역에 있어서의 불량률을 줄이고 단위 공정 처리시간을 향상시켜 최종적으로는 생산성을 향상시키는 것을 또 다른 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이 기판 제조용 노광 마스크는 "⊂"형태의 채널영역을 갖는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조에 이용되며, 빛을 완전히 투과시키는 투과영역과, 완전히 차단하는 차단영역과, 빛의 투과가 상기 투과영역보다 작게 이루어지는 반투과영역을 갖는 노광 마스크에 있어서, 상기 어레이 기판의 "⊂"형태의 채널영역에 대응하여 그 중앙부에 점선형태로, 다각형 모양의 서로 이격하며 빛의 투과를 차단하는 다수의 부분 바(bar)와, 상기 부분 바(bar) 사이의 영역으로 빛을 회절시키며 투과시키는 다수의 부분 슬릿(slit)으로 구성되는 "⊂"형의 메인 바(main bar)와; 상기"⊂"형의 메인 바(main bar)와 이웃하여 이와 동일한 "⊂"형태로 구성되며 빛을 회절시키며 투과시키는 메인 슬릿(main slit)을 포함한다.

이때, 상기 "⊂"형의 메인 바(main bar)는 서로 이격하며 다수개가 형성된 것이 특징이며, 이 경우 상기 이웃한 "⊂"형의 메인 바(main bar)는 이들을 각각 구성하는 부분 바와 부분 슬릿이 서로 엇갈려 배치되도록 구성된 것이 특징이다.

또한, 상기 "⊂"형의 메인 슬릿의 폭과, 상기 "⊂"형의 메인 바(main bar) 내부에 구성되는 상기 부분 바(bar)와 부분 슬릿(slit)의 폭과 길이는 0.5㎛ 이상인 것이 특징이다.

또한, 상기 어레이 기판의 "⊂"형태의 채널영역에 대응해서는 상기 메인 슬릿과 부분 슬릿을 포함하는 이중슬릿 구조를 갖는 반투과영역이, 데이터 배선과 소스 및 드레인 전극이 형성될 부분에 대응해서는 상기 투과영역이 그리고 그 이외의 영역에 대응해서는 상기 차단영역이 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이 기판 제조방법은 기판상에 게이트 배선과 상기 게이트 배선과 접촉하는 게이트 전극을 형성하는 단계와; 상기 게이트 배선 및 게이트 전극 위로 게이트 절연막, 순수 비정질 실리콘층, 불순물 비정질 실리콘층 및 금속물질층을 순차적으로 형성하는 단계와; 상기 금속물질층 위로 포토레지스트층을 형성하는 단계와; 상기 포토레지스트층 위로 빛을 완전히 투과시키는 투과영역과, 완전히 차단하는 차단영역과, 빛의 투과가 상기 투과영역보다 작게 이루어지는 반투과영역을 가지며, 상기 기판의 "⊂"형태의 채널영역에 대응하여 그 중앙부에 점선형태로, 다각형 모양의 서로 이격하며 빛의 투과를 차단하는 다수의 부분 바(bar)와, 상기 부분 바(bar) 사이의 영역으로 빛을 회절시키며 투과시키는 다수의 부분 슬릿(slit)으로 구성되는 "⊂"형의 메인 바(main bar)와, 상기"⊂"형의 메인 바(main bar)와 이웃하여 이와 동일한 "⊂"형태로 구성되며 빛을 회절시키며 투과시키는 메인 슬릿(main slit)을 포함하는 노광 마스크를 위치시키고 노광 및 현상함으로써, 상기 노광 마스크 내의 메인 바(amin bar)와 메인 슬릿(main slit) 그리고 상기 메인 바(main bar) 내부에 이격하는 부분 슬릿을 포함하는 "⊂"형태의 반투과영역에 대응된 상기 기판 상의 영역에 대해서 균일한 제 1 두께를 갖는 제 1 포토레지스트 패턴을 형성하고, 동시에 상기 노광 마스크의 차단영역에 대응된 상기 기판상의 데이터 배선과 소스 및 드레인 전극이 형성될 부분에 대해서는 상기 제 1 두께보다 두꺼운 제 2 두께의 제 2 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와; 상기 제 1, 2 포토레지스트 패턴 외부로 노출된 금속물질층과 불순물 비정질 실리콘층과 순수 비정질 실리콘층을 제거하는 단계와; 상기 제 1 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계와; 상기 제 1 포토레지스트 패턴이 제거됨으로써 노출된 금속물질층 및 그 하부의 불순물 비정질 실리콘층을 제거함으로써 데이터 배선과, 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극과, 그 하부로 서로 이격하는 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층을 형성하는 단계를 포함한다.

이때, 상기 데이터 배선과, 소스 및 드레인 전극과 오믹콘택층을 형성한 단계 이후에는, 상기 데이터 배선과 소스 및 드레인 전극 위로 상기 드레인 전극을 노출시키는 드레인 콘택홀을 갖는 보호층을 형성하는 단계와; 상기 보호층 위로 상기 드레인 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극과 접촉하는 화소전극을 형성하는 단계를 더욱 포함한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치용 어레이 기판 제조용 노광 마스크에 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 노광 마스크의 액정표시장치용 어레이 기판의 채널영역에 대응하는 영역에 대한 평면도이다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이 기판 제조용 노광 마스크(141)는 각각 어레이 기판(미도시)상의 데이터 배선에 대응하는 영역(145)과 소스 및 드레인 전극에 대응하는 부분(147, 150)에 대해서는 노광시 빛이 투과되지 않는 차단영역(BA)이, 그리고, "⊂"형태의 채널영역(chA)에 대응해서는 전체적으로는 "⊂"형태를 가지며 마치 점선 형태로 즉 모자이크 타입으로 소정의 간격을 가지 며 다수의 부분 슬릿(157)을 이루는 다수의 부분 바(bar)(159)로 이루어진 바(bar)(154)와 상기 점선형태의 "⊂"형 바(bar)에 의해 이와 이웃하여 형성된 2개의"⊂"형 슬릿(156a, 156b)을 포함하며 투과영역 대비 빛의 투과량이 작은 반투과영역(HTA)이, 그 외의 영역에 대응해서는 조사되는 빛이 거의 모두 투과하는 투과영역(TA)이 형성되고 있는 것이 특징이다.

이때, 상기 노광 마스크(141)의 반투과영역(HTA)의 구조에 대해 조금 더 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 노광 마스크(141)의 반투과영역(HTA)은 "⊂"형태를 가지며, 상기 반투과영역(HTA) 중앙부에는 점선형태로, 다수의 서로 이격하는 부분 바(bar)(159)와 이들 부분 바(bar)(159) 사이의 부분 슬릿(157)으로 구성되는 점선형태의 "⊂"형 바(bar)(154)가 구비됨으로써 상기 점선형태의 "⊂"형 바(bar)(154)에 의해 이와 이웃하며 제 1, 2 "⊂"형 슬릿(156a, 156b)이 형성되고 있으며, 상기 점선형태의 "⊂"형 바(bar)(154) 자체가 다수의 서로 이격하는 부분 바(bar)(159)로 구성됨으로써 상기 다수의 부분 바(bar)(159) 사이에 다수의 부분 슬릿(157)이 형성되고 있는 것이 특징이다.

이때 상기 다수의 부분 바(bar)(159)는 사각형 또는 사다리꼴 형태를 이루어지며, 상기 바와 부분 바(bar)(159)는 실질적으로 빛이 투과되지 않도록 차단영역(BA)과 동일하게 크롬(Cr) 또는 크롬 산화물(CrOx)에 의해 코팅된 상태로서 형성되고 있다. 이때, 상기 "⊂"형 바(bar)(154)와 "⊂"형 슬릿(156)은 그 폭(w3, w4)이 모두 0.5㎛ 이상이며 상기 부분 바(bar)(159)와 부분 슬릿(157) 또한 그 폭(w5, w6)이 모두 0.5㎛ 이상이 되고 있다. 이는 석영 등의 재질로 이루어진 투명하고 평탄한 기판 상에 빛의 흡수 또는 차단성이 우수한 금속물질인 크롬(Cr) 또는 크롬 산화물(CrOx)을 증착하여 빛 차단 물질층을 형성하고 이를 이온 빔 장치를 통해 이온 빔을 조사하여 패터닝함으로써 빛이 투과하지 않는 차단영역(BA)과 빛을 차단하는 바, 안정적 즉 제조상 오차 범위를 고려하여 전면에 걸쳐 요구하는 폭을 갖는 패턴을 형성할 수 있도록 형성하는데 요구되는 최소의 폭 즉, 이온 빔 조사에 의한 최소 해상도가 0.5㎛가 되고 있으며, 그 이하의 크기로는 현 상태에서 오차 범위 내에서 안정적으로 형성하기에는 무리가 있기 때문에 상기 다각형 형태의 다수의 부분 슬릿 또는 부분 바(bar)의 폭(w6, w5)은 0.5㎛이상인 것이 바람직하다.

종래의 노광 마스크의 경우 노광 마스크의 제작 상 상기 슬릿과 바의 간격 및 폭의 크기 제한(최소 폭 또는 간격이 0.5㎛)이 있고, 이를 감안하여 "⊂"형태의 채널영역 내에 "⊂"형태의 슬릿만이 형성되었기 때문에 노광 시 회절이 불완전하게 발생함으로써 상기 채널영역(에 대해 서로 두께 달리하는 포토레지스트 패턴이 형성되었으나, 본 발명에 따른 노광 마스크는 "⊂"형태의 채널영역(chA)에 있어 크게 그 중앙부에 크게 점선형태의 "⊂"형 바(bar)(154)를 구성함으로써 상기 점선형태의 "⊂"형 바(bar) 주위로 "⊂"형의 슬릿(156)이 형성됨과 동시에 이에 상기 점선형태의"⊂"형 바(bar)(154) 내부에 다수의 부분 바(bar)(159) 사이로 다수의 부분 슬릿(159)이 구성됨으로써 빛의 회절효과를 더욱 증진시켜 어레이 기판상의 채널영역에 대해 고른 노광이 실시되도록 함으로써 동일한 두께를 갖는 포토레지스트 패턴을 형성할 수 있게 된다.

즉 "⊂"형태의 슬릿(156) 구현을 위해 형성된 "⊂"형의 바(bar)(154)를 다수의 이격하는 부분 바(bar)(159)로써 이온 빔 장치 자체의 오차로 인해 요구되는 패턴의 최소 폭(0.5㎛) 크기 이상으로 일정간격 이격하여 형성하여 다수의 부분 슬릿(157)을 형성하도록 함으로써 실질적으로 빛의 투과가 이루어지지 않는 "⊂"형의 바(bar) 자체에서 회절을 수반한 빛의 투과가 이루어지도록 하여 이러한 구조를 갖는 반투과영역(HTA)에 대응하는 어레이 기판(미도시)상의 채널영역 전체에 일정한 투과량을 갖는 빛이 조사되도록 한 것이다.

도 5 는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 노광 마스크를 이용하여 어레이 기판 상에 포토레지스트층을 노광한 후 현상한 상태의 채널영역에서의 단면도로써 도 4를 절단선 Ⅴ-Ⅴ를 따라 절단한 부분에 대응하는 어레이 기판 영역의 노광 및 현상을 진행하여 형성된 포토레지스트 패턴의 단면을 도시한 도면이다.

도시한 바와같이, 게이트 전극(175)과 게이트 절연막(178)과 순수 비정질 실리콘층(180)과 불순물 비정질 실리콘층(183)과 포토레지스트층(미도시)이 형성된 어레이 기판(170)을 본 발명에 따른 노광 마스크(141)를 이용하여 노광을 실시하고 연속하여 현상 공정을 진행함으로써 최종적으로 채널영역(chA)에 남게된 포토레지스트 패턴(191b)은 그 표면이 비교적 평탄하며 상기 채널영역(chA) 전체에 대응하여 고른 제 1 두께(t4)를 가지며 형성되고 있음을 알 수 있다.

본 발명에 따른 노광 마스크(141)는 상기 어레이 기판(170)상의 소스 및 드레인 전극이 각각 형성될 영역(SEA, DEA) 사이의 "⊂"형태의 채널영역(chA)에 대응하여 "⊂"형태의 슬릿(156)을 구비하고, 상기 "⊂"형태의 슬릿(156) 구성을 위해 형성한 점선형태의 "⊂"형 바(bar)(154) 자체에 이를 구성하는 부분 바(bar)(미도시)가 서로 이격하며 형성됨으로써 다수의 부분 슬릿(미도시)이 형성되고 있는 바, "⊂"형의 연결된 바(bar)가 구성됨으로써 "⊂"형의 바(bar)와 "⊂"형의 슬릿만으로 이루어진 종래의 노광 마스크 대비 노광 시 회절이 더욱 발생하는 구조가 됨으로써 상기 채널영역(chA) 전체에 조사되는 빛량이 일정하게 되어 최종적으로는 상기 채널영역 전체에 대해 일정하게 제 1 두께(t4)를 갖는 제 1 포토레지스트 패턴(191a)을 형성하게 되는 것이다. 이때 도면에 있어서는 상기 소스 및 드레인 전극이 형성될 영역(SEA, DEA)에 대해서는 상기 제 1 두께(t4)보다 두꺼운 제 2 두께(t5)를 갖는 제 2 포토레지스트 패턴(191b)이 형성되고 있다. 이 경우 상기 제 2 포토레지스트 패턴(191b)은 상기 제 2 두께(t5)보다 두꺼운 부분이 상기 게이트 전극(175)에 의한 단차로 인해 발생되고 있지만, 이는 스트립 액을 이용한 스트립 공정을 진행함으로써 제거되는 바 제조 공정 시간 지연이 발생하지 않으므로 문제되지 않는다.

도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 노광 마스크 일부에 대한 평면도이다.

전술한 제 1 실시예 따른 노광 마스크는 채널영역의 중앙부에 점선형태의 "⊂"형 바(bar)가 1개 형성됨으로써 이러한 바와 이웃하여 2개의"⊂"형 슬릿이 형성되고, 상기 "⊂"형 바(bar) 자체에 다각형 형태의 부분 슬릿이 형성되고 있음을 보이고 있으나, 본 발명의 제 2 실시예에서는 다수(도면에 있어서는 2개)의 점선형태의"⊂"형 바(bar)(254a, 254b)가 형성됨으로써 최소 3개 이상의 "⊂"형 슬릿(256a, 256b, 256c)과 상기 각"⊂"형 바(bar)(254a, 254b) 내부에 각각 다수의 다각형 형태의 부분 슬릿(257a, 257b)이 형성됨을 특징으로 하고 있다.

이 경우, 상기 서로 이웃한 점선형태의 "⊂"형 바(bar)(254a, 254b) 각각에 형성된 부분 슬릿(257a, 257b)은 회절 효과를 더욱 향상시키고자 서로 다른 "⊂"형 바(bar)(254a, 254b) 내에 형성된 상기 부분 슬릿(257a, 257b)과 부분 바(bar)(259a, 259b)는 서로 엇갈려 배치된 것이 또 다른 특징이다.

도면에 있어서는 상기 점선형태의"⊂"형 바(bar)(254a, 254b)가 2개 형성된 것을 보이고 있으나, 상기 "⊂"형태의 채널영역(chA)의 폭(w7) 크기에 기인하여 2개 이상 다수개 형성될 수도 있으며, 이 경우도 서로 이웃한 점선형태의"⊂"형 바(bar)는 그 내부에 각각 형성된 부분 슬릿 또는 부분 바(bar)가 이웃한 "⊂"형 바(bar) 내부에 형성된 부분 슬릿 또는 부분 바(bar)가 서로 동일 선상에 위치하지 않도록 즉 일대일 대응하며 형성되지 않도록 엇갈려 배치되는 것이 특징이다. 이때, 상기 부분 슬릿과 부분 바(bar)가 모두 동일한 길이를 갖도록 형성된 경우는 이웃한 "⊂"형 바(bar)에 구비된 부분 바(bar)와 부분 슬릿은 서로 완전히 엇갈려 위치하도록 즉, 제 1 "⊂"형 바(bar)와 제 2 "⊂"형 바(bar)가 형성되었다고 가정할 경우, 상기 제 1 "⊂"형 바(bar) 내의 부분 바(bar)에 대응해서 제 2 "⊂"형 바(bar)의 부분 슬릿이 대응되도록 배치되는 것이 특징이다 .

그 외의 영역에 대해서는 전술한 제 1 실시예와 동일하며, 이러한 제 2 실시예에 따른 노광 마스크를 이용하여 포토레지스트층에 노광을 실시하고 이를 현상하게 되면 전술한 제 1 실시예의 노광 마스크를 이용한 것과 같이 어레이 기판상의 채널영역에 대해서 동일한 두께를 갖는 포토레지스트 패턴을 형성할 수 있다.

따라서, 종래에서와 같이 어레이 기판상의 채널영역에 서로 다른 두께를 갖는 포토레지스트 패턴 형성에 의해 어쩔수 없이 진행하였던 언더 애싱(under ashing) 또는 오버 애싱(over ashing) 등을 진행하지 않아도 되는 바, 오믹콘택층을 이루는 불순물 비정질 실리콘이 액티브층 상에 남아있거나, 또는 액티브층이 소실되어 박막트랜지스터로서 역할을 하지 못하는 등의 불량을 방지할 수 있으며, 상기 오버 애싱(over ashing) 진행에 의한 생산성 저하를 방지할 수 있다.

이후에는 전술한 제 1, 2 실시예에 따른 노광 마스크를 이용하여 4마스크 공정에 의한 액정표시장치용 어레이 기판을 제조하는 방법에 대해 간단히 설명한다.

도 7a 및 도 7g는 "⊂"형태의 채널구조를 갖는 박막트랜지스터를 구비한 액정표시장치용 어레이 기판에 있어, 박막트랜지스터를 포함하는 하나의 화소영역에 대한 제조 단계에 따른 공정 단면도를 나타낸 것이다.

우선, 도 7a에 도시한 바와 같이, 유리 등과 같이 투명한 재질로 이루어진 절연기판(310) 위에 제 1 금속물질 예를들어 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금, 몰리브덴(Mo) 중 하나를 증착하고, 투과영역과 차단영역을 갖는 제 1 노광 마스크(미도시)를 이용한 마스크 공정(포토레지스트의 도포, 노광, 현상 및 상기 제 1 금속물질의 식각)하여 상기 제 1 금속물질을 패터닝함으로써, 일방향으로 연장하는 게이트 배선(미도시)과 상기 게이트 배선(미도시)과 연결된 게이트 전극(315)을 형성한다.

다음, 도 7b에 도시한 바와 같이, 상기 게이트 배선(미도시) 및 게이트 전극(315) 위로 전면에 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO₂) 또는 질화실리콘(SiNx)를 증착하여 게이트 절연막(320)을 형성하고 연속하여 상기 게이트 절연막(320) 위로 순수 비정질 실리콘 불순물 비정질 실리콘을 순차적으로 증착하여 순수 비정질 실리콘층(325)과 불순물 비정질 실리콘층(330)을 차례로 증착하고, 연속하여 상기 불순물 비정질 실리콘층(330) 위로 제 2 금속물질 예를들면 구리(Cu) 또는 구리합금 또는 몰리브덴(Mo) 중 하나를 증착함으로써 제 2 금속층(335)을 형성하고, 그 위로 포토레지스트를 도포하여 포토레지스트층(미도시)을 형성한다.

이후, 상기 포토레지스트층(미도시)을 본 발명에 따른 1개 이상의 점선형태의 "⊂"형 바(bar)를 가져 다수의 "⊂"형태의 슬릿(391a, 391b, 391c) 및 다각형 형태의 부분 슬릿(미도시)을 포함하는 반투과영역(HTA)과, 투과영역(TA) 및 차단영역(BA)을 갖는 제 2 노광 마스크(390)(도면에서는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 노광 마스크(도 6의 241)를 이용한 것을 도시하였으며 이때 도면부호는 달리 하였다)를 이용하여 노광하고, 상기 노광된 포토레지스트층(미도시)을 현상하여 데이터 배선이 형성될 부분(미도시)과, 소스 및 드레인 전극이 형성될 부분(SEA, DEA)에는 제 1 두께(t6)를 갖는 제 1 포토레지스트 패턴(381)을, 소스 및 드레인 전극이 형성 부분(SEA, DEA) 사이의 채널이 형성될 부분(chA)에 대해서는 상기 제 1 두께(t6)보다 얇으며 전체적으로 일정하게 동일한 제 2 두께(t7)를 갖는 제 2 포토레지스트 패턴(382)을 형성한다. 이때, 상기 데이터 배선과 소스 및 드레인 전극 및 채널이 형성될 부분(미도시, SEA, DEA, chA) 이외의 나머지 영역에서 대해서는 상기 제 2 금속층(335)을 노출시킨다.

이때, 이와 같이 두께가 다른 제 1, 2 포토레지스트 패턴(381, 382)을 한꺼번에 형성하기 위해서, 채널이 형성될 부분(chA)에 대응해서 본 발명의 제 1, 2 실시예에 따른 노광 마스크(390(도 4의 141, 도 6의 241))를 이용함으로써 노광시 빛의 회절이 충분히 잘 일어나도록 하여 조사되는 빛량이 상기 채널이 형성될 부분(chA) 전체에 대응해서 일정하도록 함으로써 상기 "⊂"형태의 채널이 형성될 부분(chA) 전체에 대응하여 균일한 두께(t7)를 갖는 제 2 포토레지스트 패턴(382)을 형성하게 된다.

상기 채널이 형성될 부분(ch)에서는 빛의 회절 현상에 의해 상기 노광 마스크(390)의 투과영역(TA) 대비 조사되는 빛의 양이 적기 때문에, 상기 제 1 포토레지스트 패턴(381)의 제 1 두께(t6)보다 얇은 제 2 두께(t7)를 가지는 제 2 포토레지스트 패턴(382)이 형성되는 것이다.

다음, 도 7c에 도시한 바와 같이, 상기 제 1, 2 포토레지스트패턴 패턴(381, 382) 외부로 노출된 제 2 금속층(도 7b의 335)과 그 하부의 불순물 비정질 실리콘층(도 7b의 330)과 그 하부의 순수 비정질 실리콘층(도 7b의 325)을 식각하여 데이터 배선(미도시)과, 서로 연결된 상태의 소스 드레인 패턴(343)과, 상기 소스 드레인 패턴(343) 하부로 불순물 비정질 실리콘 패턴과(333), 그리고 상기 불순물 비정질 실리콘 패턴 하부로 순수 비정질 실리콘의 액티브층(327)을 형성한다.

이때, 4마스크 공정 특성상 상기 데이터 배선(미도시) 하부에는 불순물 및 순수 비정질 실리콘의 반도체 패턴(미도시)이 형성되게 된다.

다음, 도 7d에 도시한 바와 같이, 상기 연결된 상태의 소스 드레인 패턴(343) 상부의 제 2 두께의 제 2 포토레지스트패턴 패턴(도 7c의 382)을 애싱(ashing)을 실시함으로써 제거하여 상기 소스 드레인 패턴(343) 중앙부 일부를 노출시킨다. 이 경우, 상기 제 2 포토레지스트 패턴(도 7c의 382)은 채널이 형성될 영역(chA) 전체에 대해 비교적 고르게 일정한 두께를 가지며 형성되었기 때문에 오버 애싱(over)을 실시할 필요가 없으므로 상기 소스 드레인 패턴(343)이 노출되도록 할 정도의 시간동안만 애싱(ashing)을 진행하면 되며, 거의 동시에 상기 소스 드레인 패턴(343)이 노출되므로 상기 비정질 실리콘의 액티브층(327)이 상기 애싱(ashing)에 의해 거의 영향을 받지 않게 된다. 즉, 상기 애싱(ashing) 이후에 노출되는 불순물 비정질 실리콘 패턴(333)의 두께 또한 일정한 상태가 되므로 이후 진행할 상기 불순물 비정질 실리콘 패턴(333)의 식각에 의해 그 하부의 액티브층(327)이 제거되는 불량은 발생하지 않게 된다.

한편, 상기 애싱(ashing)에 의해 상기 제 1 포토레지스트 패턴(381) 또한 그 두께가 줄어들게 되어 상기 제 1 두께보다는 얇은 두께를 갖게 된 상태로 상기 데이터 배선(미도시)과 소스 드레인 패턴(343) 일부에 대해 여전히 남아 있게 된다.

다음, 도 7e에 도시한 바와 같이, 상기 제 2 포토레지스트 패턴(도 7c의 382)이 제거됨으로써 노출된 소스 드레인 패턴(도 7d의 343)과 그 하부의 불순물 비정질 실리콘 패턴(도 7d의 333)을 드라이 에칭(dry etching)을 실시하여 제거함 으로써 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(347, 349)과 이들 두 전극(347, 349) 하부로 상기 순수 비정질 실리콘의 액티브층(327)을 노출시키며 서로 이격하는 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층(334)을 형성한다.

이후, 남아 있는 제 1 포토레지스트패턴 패턴(도 7d의 381)을 스트립(strip)을 진행함으로써 제거한다.

다음, 도 7f에 도시한 바와 같이, 상기 소스 및 드레인 전극(347, 349)과 데이터 배선(미도시) 위로 전면에 무기절연물질 예를들면 질화실리콘(SiNx) 또는 산화실리콘(SiO₂)을 증착하거나 또는 유기절연물질 예를들면 벤조사이클로부텐(BCB) 또는 포토아크릴(photoacryl)을 도포함으로써 보호층(355)을 형성한 후, 이를 제 3 마스크 공정을 진행함으로써 패터닝함으로써 상기 드레인 전극(349) 일부를 노출시키는 드레인 콘택홀(360)을 형성한다.

다음, 도 7g에 도시한 바와 같이, 상기 드레인 콘택홀(360)을 갖는 보호층(350) 위로 투명 도전성 물질 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 증착하고 이를 제 4 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로써 상기 드레인 콘택홀(360)을 통해 상기 드레인 전극(349)과 접촉하는 화소전극(370)을 형성함으로써 어레이 기판(310)을 완성한다.

본 발명에 따른 이중 슬릿 구조를 갖는 노광 마스크를 이용하여 4마스크 공 정에 의한 "⊂"형태의 채널구조를 갖는 액정표시장치용 어레이 기판을 제조함에 있어 상기 채널영역의 패터닝 시 발생하는 포토레지스트패턴의 두께 편차를 극복함으로써 오버 애싱(over ashing)에 의한 공정 시간 증가에 따른 생산성의 저하를 방지하는 효과가 있다.

언더 애싱(under ashing) 진행에 의한 채널 영역에서의 불순물 비정질 실리콘층 잔사에 의한 불량을 방지함으로써 수율을 향상시키는 효과가 있다.

Claims

"⊂"형태의 채널영역을 갖는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조에 이용되며, 빛을 완전히 투과시키는 투과영역과, 완전히 차단하는 차단영역과, 빛의 투과가 상기 투과영역보다 작게 이루어지는 반투과영역을 갖는 노광 마스크에 있어서,

상기 어레이 기판의 "⊂"형태의 채널영역에 대응하여 그 중앙부에 점선형태로, 다각형 모양의 서로 이격하며 빛의 투과를 차단하는 다수의 부분 바(bar)와, 상기 부분 바(bar) 사이의 영역으로 빛을 회절시키며 투과시키는 다수의 부분 슬릿(slit)으로 구성되는 "⊂"형의 메인 바(main bar)와;

상기"⊂"형의 메인 바(main bar)와 이웃하여 이와 동일한 "⊂"형태로 구성되며 빛을 회절시키며 투과시키는 메인 슬릿(main slit)

을 포함하는 노광 마스크.
제 1 항에 있어서,

상기 "⊂"형의 메인 바(main bar)는 서로 이격하며 다수개가 형성된 것이 특징인 노광 마스크.
제 2 항에 있어서,

상기 이웃한 "⊂"형의 메인 바(main bar)는 이들을 각각 구성하는 부분 바와 부분 슬릿이 서로 엇갈려 배치되도록 구성된 것이 특징인 노광 마스크.
제 1 항에 있어서,

상기 "⊂"형의 메인 슬릿의 폭과, 상기 "⊂"형의 메인 바(main bar) 내부에 구성되는 상기 부분 바(bar)와 부분 슬릿(slit)의 폭과 길이는 0.5㎛ 이상인 노광 마스크.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 어레이 기판의 "⊂"형태의 채널영역에 대응해서는 상기 메인 슬릿과 부분 슬릿을 포함하는 이중슬릿 구조를 갖는 반투과영역이, 데이터 배선과 소스 및 드레인 전극이 형성될 부분에 대응해서는 상기 투과영역이 그리고 그 이외의 영역에 대응해서는 상기 차단영역이 형성된 것을 특징으로 하는 노광 마스크.
기판상에 게이트 배선과 상기 게이트 배선과 접촉하는 게이트 전극을 형성하는 단계와;

상기 게이트 배선 및 게이트 전극 위로 게이트 절연막, 순수 비정질 실리콘 층, 불순물 비정질 실리콘층 및 금속물질층을 순차적으로 형성하는 단계와;

상기 금속물질층 위로 포토레지스트층을 형성하는 단계와;

상기 포토레지스트층 위로 빛을 완전히 투과시키는 투과영역과, 완전히 차단하는 차단영역과, 빛의 투과가 상기 투과영역보다 작게 이루어지는 반투과영역을 가지며, 상기 기판의 "⊂"형태의 채널영역에 대응하여 그 중앙부에 점선형태로, 다각형 모양의 서로 이격하며 빛의 투과를 차단하는 다수의 부분 바(bar)와, 상기 부분 바(bar) 사이의 영역으로 빛을 회절시키며 투과시키는 다수의 부분 슬릿(slit)으로 구성되는 "⊂"형의 메인 바(main bar)와, 상기"⊂"형의 메인 바(main bar)와 이웃하여 이와 동일한 "⊂"형태로 구성되며 빛을 회절시키며 투과시키는 메인 슬릿(main slit)을 포함하는 노광 마스크를 위치시키고 노광 및 현상함으로써, 상기 노광 마스크 내의 메인 바(amin bar)와 메인 슬릿(main slit) 그리고 상기 메인 바(main bar) 내부에 이격하는 부분 슬릿을 포함하는 "⊂"형태의 반투과영역에 대응된 상기 기판 상의 영역에 대해서 균일한 제 1 두께를 갖는 제 1 포토레지스트 패턴을 형성하고, 동시에 상기 노광 마스크의 차단영역에 대응된 상기 기판상의 데이터 배선과 소스 및 드레인 전극이 형성될 부분에 대해서는 상기 제 1 두께보다 두꺼운 제 2 두께의 제 2 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와;

상기 제 1, 2 포토레지스트 패턴 외부로 노출된 금속물질층과 불순물 비정질 실리콘층과 순수 비정질 실리콘층을 제거하는 단계와;

상기 제 1 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계와;

상기 제 1 포토레지스트 패턴이 제거됨으로써 노출된 금속물질층 및 그 하부 의 불순물 비정질 실리콘층을 제거함으로써 데이터 배선과, 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극과, 그 하부로 서로 이격하는 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층을 형성하는 단계

를 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법.
제 6 항에 있어서,

상기 데이터 배선과, 소스 및 드레인 전극과 오믹콘택층을 형성한 단계 이후에는,

상기 데이터 배선과 소스 및 드레인 전극 위로 상기 드레인 전극을 노출시키는 드레인 콘택홀을 갖는 보호층을 형성하는 단계와;

상기 보호층 위로 상기 드레인 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극과 접촉하는 화소전극을 형성하는 단계

를 더욱 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법.