KR20080060823A - 인쇄판의 제조 방법 및 이를 이용한 액정 표시 장치의 제조방법 - Google Patents

인쇄판의 제조 방법 및 이를 이용한 액정 표시 장치의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인쇄판에 형성되는 트렌치의 깊이 폭의 종횡비를 높게 하여, 전사 패턴이 트렌치에 남게됨을 방지하는 인쇄판 제조 방법 및 이를 이용한 액정 표시 장치의 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명의 인쇄판의 제조 방법은, 기판 상에 제 1 오픈 부위를 갖는 제 1 금속층 패턴을 형성하는 단계와, 상기 제 1 금속층 패턴을 이용하여 상기 기판을 식각하여 제 1 트렌치를 형성하는 단계와, 상기 제 1 트렌치의 표면을 포함한 상기 기판 상에 무전해 도금법에 의해 제 2 금속층을 형성하는 단계와, 상기 제 2 금속층을 선택적으로 제거하여 상기 제 1 금속층 패턴 하부에 위치한 상기 제 1 트렌치 내에 남는 형상의 제 2 금속층 패턴을 형성하는 단계 및 상기 제 1 금속층 패턴 및 제 2 금속층 패턴을 이용하여 상기 기판을 식각하여 제 2 트렌치를 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
인쇄판, 식각, 오프셋 프린팅(Off-set printing), 고종횡비(high aspect ratio)

Description

인쇄판의 제조 방법 및 이를 이용한 액정 표시 장치의 제조 방법{Method for Manufacturing Printing Plate and Method for Manufacturing Liquid Crystal Display Device Using the Same}
도 1a 내지 도 1c는 인쇄롤을 이용하여 기판 상에 패턴 물질을 패터닝하는 공정을 도시한 단면도
도 2a 내지 도 2c는 종래 기술에 따른 인쇄판 제작 방법을 개략적으로 도시한 단면도
도 3은 종래 기술에 따른 인쇄판을 이용하여 패턴을 형성할 때 발생하는 문제점을 보여주기 위한 도면
도 4a 내지 도 4f는 소정 깊이의 트렌치를 형성하는 인쇄판 제조 방법을 일 예를 나타낸 공정 단면도
도 5는 본 발명의 인쇄판의 제조 방법에 의해 형성된 인쇄판을 나타낸 단면도
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 인쇄판의 제조 방법을 도시한 공정 단면도
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 액정 표시 장치의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
200 : 기판 210 : 제 1 금속층 패턴
220 : 제 1 감광막 패턴 155 : 제 1 트렌치
117 : 제 2 금속층 패턴 119 : 제 2 감광막 패턴
155 : 제 2 트렌치 180 : 요부 패턴
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로 특히, 인쇄판에 형성되는 트렌치의 깊이 폭의 종횡비를 높게 하여, 전사 패턴이 트렌치에 남게됨을 방지하는 인쇄판 제조 방법 및 이를 이용한 액정 표시 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
표시 화면의 두께가 수 센티미터(cm)에 불과한 초박형의 평판표시장치(Flat Panel Display), 그 중에서도 액정 표시 장치는 동작 전압이 낮아 소비 전력이 적고 휴대용으로 쓰일 수 있는 등의 이점으로 노트북 컴퓨터, 모니터, 우주선, 항공기 등에 이르기까지 응용분야가 넓고 다양하다.
상기 액정 표시 장치는 하부기판, 상부기판, 및 상기 양 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하여 구성된다.
상기 하부기판 상에는 서로 종횡으로 교차되어 화소영역을 정의하는 게이트 배선과 데이터 배선이 형성되어 있다. 그리고 상기 게이트 배선과 데이터 배선의 교차 영역에는 스위칭 장치로서 박막 트랜지스터가 형성되어 있다. 그리고 화소전극이 형성되어 박막 트랜지스터와 연결되어 있다.
또한, 상부기판 상에는 상기 게이트 배선, 데이터 배선, 및 박막 트랜지스터 영역에서 광이 누설되는 것을 차단하기 위한 차광층이 형성되어 있고, 상기 차광층 위에 컬러필터층이 형성되어 있으며, 상기 컬러필터층 상부에 공통전극이 형성되어 있다.
이와 같이 액정 표시 장치는 다양한 구성요소들을 포함하고 있으며 그 구성요소들을 형성하기 위해 수많은 공정들이 반복적으로 행해지게 된다. 특히, 다양한 구성요소들을 다양한 형태로 패터닝하기 위해서 종래 포토 리소그래피(Photo-lithography) 공정이 사용되어 왔다.
종래 포토 리소그래피 공정은 기판 상에 패턴물질층을 형성한 후, 상기 패턴물질층 상에 소정 패턴의 마스크를 위치시키고, 기판 전면에 광을 조사하여 패턴을 형성하는 방법이다.
그러나, 상기 포토 리소그래피 공정은 소정 패턴의 마스크를 사용해야 하므로 그 만큼 제작비용이 상승되는 단점이 있으며, 또한 마스크를 이용하여 감광막을 현상하는 공정 등을 거쳐야 하므로 공정이 복잡하고 공정시간이 오래 걸리는 단점이 있다.
따라서 상기 포토리소그래피 공정의 단점을 해결하기 위한 새로운 패턴 형성 방법이 요구되었으며, 그와 같은 요구에 따라 인쇄 롤을 이용하여 패턴을 형성하는 방법이 고안되었다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 인쇄롤을 이용한 패터닝 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 1a 내지 도 1c는 인쇄롤을 이용하여 기판 상에 패턴물질층을 패터닝하는 공정을 도시한 단면도이다.
우선, 도 1a에서 알 수 있듯이, 인쇄노즐(10)을 이용하여 패턴물질(30)을 인쇄롤(20)에 도포한다.
그 후, 도 1b에서 알 수 있듯이, 소정형상의 돌출부가 형성된 인쇄판(40)상에서 상기 인쇄롤(20)을 회전시켜, 상기 인쇄판의 돌출부에 일부 패턴물질(30b)을 전사하고 잔존하는 패턴물질(30a)에 의해 인쇄롤(20)에 소정형상의 패턴을 형성한다.
그 후, 도 1c에서 알 수 있듯이, 투명기판(50) 상에서 상기 인쇄롤(20)을 회전하여 상기 기판(50) 상에 패턴물질(30a)을 전사한다.
이와 같이, 상기 인쇄롤을 이용하여 패턴을 형성하는 방법은 소정 형상의 인쇄판을 필요로 한다.
이하에서, 도면을 참조로 종래의 인쇄판 제조 방법에 대해 설명하기로 한다.
우선, 도 2a에서 알 수 있듯이, 기판(45) 상에 소정 패턴의 마스크층(60)을 형성한다.
그 후, 도 2b에서 알 수 있듯이, 상기 소정 패턴의 마스크층(60)을 이용하여 상기 기판(45)을 선택적으로 식각하여 트렌치(70)를 형성한다.
그 후, 도 2c에서 알 수 있듯이, 상기 기판(45) 상에서 상기 소정 패턴의 마스크층(60)을 제거하면, 종래의 인쇄판(45)이 완성된다.
그러나, 종래의 인쇄판 제조 방법에 의해서는 정밀한 패턴의 형성이 불가능 하다.
이는, 도 3에서 알 수 있듯이, 트렌치(70)의 경사가 트렌치(70)의 중심방향으로 완만하게 형성되어 있어, 인쇄판(45) 상에 패턴물질(30b)을 전사할 경우, 트렌치의 가장자리 부분에 패턴물질(30b)이 전사될 우려가 있기 때문이다.
상기와 같은 종래의 인쇄롤을 이용한 패터닝 방법에 있어서는, 인쇄기판에 소정의 개구부에 대응하여 선택적으로 식각되어 형성되는 트렌치를 구비하는 경우, 상기 트렌치가 갖는 완만한 경사로 형성되어, 인쇄판에 형성된 트렌치의 가장자리에 패턴 물질이 전사되어, 이를 이용한 인쇄 공정에서 상기 트렌치 가장 자리에도 의도하지 않은 전사 패턴이 잔류하게 되어 정확한 패터닝이 이루어지지 않는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 인쇄판에 형성되는 트렌치의 깊이 폭의 종횡비를 높게 하여, 전사 패턴이 트렌치에 남게됨을 방지하는 인쇄판 제조 방법 및 이를 이용한 액정 표시 장치의 제조 방법을 제공하는 데, 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 인쇄판의 제조 방법은, 기판 상에 제 1 오픈 부위를 갖는 제 1 금속층 패턴을 형성하는 단계와, 상기 제 1 금속층 패턴을 이용하여 상기 기판을 식각하여 제 1 트렌치를 형성하는 단계와, 상기 제 1 트렌치의 표면을 포함한 상기 기판 상에 무전해 도금법에 의해 제 2 금속층을 형성하는 단계와, 상기 제 2 금속층을 선택적으로 제거하여 상기 제 1 금속층 패턴 하부에 위치한 상기 제 1 트렌치 내에 남는 형상의 제 2 금속층 패턴을 형성하는 단계 및 상기 제 1 금속층 패턴 및 제 2 금속층 패턴을 이용하여 상기 기판을 식각하여 제 2 트렌치를 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐에 그 특징이 있다.
상기 제 1 금속층 패턴을 형성하는 단계는 상기 기판 상에 제 1 금속층을 증착 후, 상기 제 1 오픈 부위에 상응하여 오픈 부위를 갖는 제 1 감광막 패턴을 마스크로 이용하여, 상기 제 1 금속층을 식각하여 이루어진다.
상기 제 1 금속층 패턴을 형성 후 상기 제 1 감광막 패턴은 상기 제 2 금속층의 형성시 남아있다.
상기 제 2 금속층을 형성하는 단계에서, 상기 제 2 금속층은 상기 제 1 트렌치의 표면을 포함하여, 상기 제 1 감광막 패턴의 표면 및 측면과, 상기 제 1 트렌치의 상부에 노출된 상기 제 1 금속층 패턴에 함께 형성된다.
상기 제 2 금속층 패턴의 형성은 상기 제 1 금속층 패턴을 이용한 자기정렬 포토 공정에 의해 이루어진다.
상기 제 1 금속층 패턴을 이용한 자기정렬 포토 공정은, 상기 제 1 트렌치를 포함한 상기 제 1 금속층 패턴의 상부에 제 2 감광막을 형성하는 단계와, 상기 제 1 금속층 패턴을 마스크로 하여 상기 제 2 감광막을 노광 및 현상하여 상기 제 1 금속층 패턴 하부의 상기 제 1 트렌치 내에 제 2 감광막 패턴을 형성하는 단계 및 상기 제 2 감광막 패턴을 마스크로 이용하여 상기 제 2 금속층을 선택적으로 제거하여 상기 제 2 금속층 패턴을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.
상기 제 2 트렌치를 형성하는 단계는, 상기 제 2 금속층 패턴, 상기 제 2 감광막 패턴 및 상기 제 1 금속층 패턴을 마스크로 이용하여 상기 기판을 식각하여 이루어진다.
상기 제 1 금속층 패턴은 상기 기판 식각액에 비해 내식성이 있는 금속으로 이루어진다.
상기 제 1 금속층 패턴은 크롬, 몰리브덴, 구리, 인-주석-산화물(ITO: Indium Tin Oxide), 인듐-아연-산화물(IZO: Indium Zinc Oxide) 및 인듐-주석-아연-산화물(ITZO: Indium Tin Zinc Oxide) 중 적어도 어느 하나를 이용하여 형성한다.
상기 제 2 금속층은 니켈(Ni), 구리(Cu), 니켈-인(Ni-P), 니켈-보론(Ni-B) 합금 중 적어도 어느 하나를 이용한다.
상기 제 1, 제 2 트렌치의 형성을 위한 상기 기판의 식각은 불산(HF)을 포함한 식각액을 이용한다.
상기 제 2 트렌치 상부의 제 1 금속층 패턴의 하측에 대응되어 무전해 도금법에 의한 제 3 금속층 패턴을 형성한 후, 이를 이용하여 상기 기판을 식각하여 제 3 트렌치를 형성하는 단계를 더 포함한다.
상기 제 2 트렌치 표면에, 무전해 도금법에 의해 상기 제 1 금속층 패턴의 하측에 대응되는 금속층 패턴의 형성과, 이를 이용한 상기 기판의 식각을 반복하여 소정 깊이의 트렌치를 형성하는 단계를 더 포함한다.
상기 기판의 식각은, 상기 금속층 패턴의 형성 후 상기 제 1 금속층 패턴의 하측에 대응되는 상기 제 2 트렌치에 감광막 패턴을 더 포함하여 이루어진다.
또한, 동일한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정 표시 장치의 제조 방법은 서로 대향된 제 1, 제 2 기판을 준비하는 단계와, 상기 제 1 기판 상에 차광층 및 복수개의 컬러 필터층을 형성하는 단계와, 상기 제 1 기판 상에 박막 트랜지스터 어레이를 형성하는 단계 및 상기 제 1, 제 2 기판 사이에 액정층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지며, 상기 차광층 및 복수개의 컬러 필터층 중 적어도 어느 하나는 상술한 방법에 의해 제조된 인쇄판을 이용하여 형성한다. 여기서, 상기 인쇄판을 이용하여 패턴을 형성하는 공정은 차광 물질 또는 컬러 필터 형성물질을 인쇄롤에 도포하는 공정과, 상술한 방법에 의해 제작된 인쇄판 상에서, 상기 차광 물질 또는 컬러 필터 형성 물질이 도포된 인쇄롤을 회전시켜, 일부 차광물질 또는 컬러 필터 형성 물질을 상기 인쇄판 상에 전사하는 공정; 및 상기 제 1기판 상에서, 상기 인쇄롤을 회전시켜, 상기 인쇄롤에 잔존하는 차광 물질 또는 컬러 필터 형성 물질을 기판 상에 전사하는 공정으로 이루어진다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 인쇄판 제조 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
이하에서는 먼저, 깊이 방향으로 복수층의 트렌치를 형성하여 원하는 깊이의 요부 패턴을 형성하는 인쇄판 제조 방법에 대하여 살펴본다.
도 4a 내지 도 4f는 소정 깊이의 트렌치를 형성하는 인쇄판 제조 방법을 일 예를 나타낸 공정 단면도이다.
도 4a와 같이, 기판(100) 상에 크롬(Cr)과 같은 제 1 금속 물질층(110과 동 일층)을 증착한 후, 그 상부에 감광막(미도시)을 도포한 후, 상기 감광막의 소정 폭(W)을 제거하도록 상기 감광막을 노광 및 현상하여 제 1 감광막 패턴(미도시)을 형성한다. 이어, 상기 제 1 감광막 패턴을 마스크로 하여 노출된 상기 제 1 금속 물질층을 식각하여 제 1 금속층 패턴(110)을 형성한다. 이어, 상기 제 1 금속층 패턴(110) 상부의 제 1 감광막 패턴을 스트립(strip)하여 제거한다.
이어, 상기 제 1 금속층 패턴(110)을 마스크로 하여, 상기 제 1 금속층 패턴(110) 하측의 노출된 상기 기판(100)의 표면을 식각하여 제 1 깊이(D1)의 제 1 트렌치(107)를 형성한다. 이러한 상기 기판(100)의 표면을 식각하는 과정에서 등방성 식각이 일어나게 되고 이 때, 상기 제 1 금속층 패턴(110)이 오픈된 가장자리에 대응되는 상기 기판(100)의 오픈된 부위에서는, 상기 제 1 금속층 패턴(110)의 가장자리를 원의 중심으로 하는 원호 모양의 식각이 일어나 언더컷(undercut) 형상으로 식각된다. 따라서, 상대적으로 상기 제 1 금속층 패턴(110)이 오픈된 영역이 갖는 폭(W)에 비해 그 양측으로 약 'C'의 길이를 반지름으로 하는 원호모양이 더 식각되어, 상기 제 1 금속층 패턴(110)은 상기 제 1 트렌치(107)에 비해 약 'C'의 폭 더 길게 남아 있다.
도 4b와 같이, 상기 제 1 트렌치(107)의 표면을 포함한 상기 제 1 금속층 표면(110)에 몰리브덴(Mo) 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명 금속의 제 2 금속층(117과 동일층)을 스퍼터링(sputtering)하여 증착하고, 이어, 상기 제 1 트렌치(107)를 포함한 상기 제 2 금속층의 표면에 제 2 감광막(115와 동일층)을 도포한다.
이어, 상기 제 2 감광막을 자기 정렬 포토(self-align photo) 공정에 의해 상기 제 1 금속층 패턴(110)을 마스크로 하여 노광 및 현상하여, 상기 제 1 금속층 패턴(110)이 가리는 상기 제 1 트렌치(107)의 가장자리에 남아있는 형상의 제 2 감광막 패턴(115)을 형성한다. 즉, 상기 제 1 금속층 패턴(110)을 마스크로 하여, 상기 제 2 금속층의 상부와 상기 제 1 금속층 패턴(110)이 오픈된 상기 제 1 트렌치(107) 내의 제 2 감광막을 제거하여, 상기 제 1 금속층 패턴(110)이 가리는 상기 제 1 트렌치(107)의 가장자리에 남아있는 형상의 제 2 감광막 패턴(115)을 형성한다. 이 경우, 상기 제 2 감광막은 네거티브 감광성 물질로, 광이 조사된 부위가 현상에 의해 제거되는 것으로, 이러한 자기 정렬 포토 공정을 거친 후 상기 제 1 트렌치(107) 가장자리에만 상기 제 2 감광막 패턴(115)이 남게 된다.
이어, 상기 제 2 감광막 패턴(115)을 마스크로 하여, 상기 제 1 금속층 패턴(110)이 형성되지 않은 상기 제 1 트렌치(107) 내의 노출된 상기 제 2 금속층을 식각하여 제거하여, 제 2 금속층 패턴(117)을 형성한다.
여기서, 상기 제 1 트렌치(107)의 가장 자리와 상기 제 1 금속층 패턴(110)이 오버랩된 부위에서의 상기 제 1 금속층 패턴(110)을 금속 윙(metal wing)(A 표시 부위)이라 하며, 이 경우, 상술한 자기 정렬 포토(self-align photo) 공정에서는 상기 금속 윙 하측에 대응되는 제 1 트렌치(107) 표면의 제 2 금속층 패턴(117)만이 남도록 패터닝된다.
이어, 도 4c와 같이, 상기 제 2 감광막 패턴(115)과, 상기 제 1 금속층 패턴(110) 및 상기 제 1 트렌치(107) 내의 제 2 금속층 패턴(117)을 마스크로 하여 상기 기판(100)을 식각하여, 제 2 트렌치(120)을 형성한다. 이 때, 노출된 기판(100) 상에, 상기 제 2 금속층 패턴(117)의 가장자리를 중심으로 한 원호 모양의 제 2 트렌치(120)가 형성된다.
도 4d와 같이, 상기 제 2 트렌치(120)의 표면을 포함한 상기 제 1 금속층 패턴(110) 표면에 몰리브덴(Mo) 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명 금속의 제 3 금속층(127과 동일층)을 증착하고, 이어, 상기 제 2 트렌치(120)를 포함한 상기 제 1, 및 제 3 금속층(127)의 표면에 제 3 감광막을 도포한다.
이어, 상기 제 3 감광막을 자기 정렬 포토(self-align photo) 공정에 의해 노광 및 현상하여, 상기 제 2 금속층 패턴(117)이 가리는 상기 제 2 트렌치(120)의 가장자리에 남아있는 형상의 제 3 감광막 패턴(125)을 형성한다. 마찬가지로, 상기 제 3 감광막은 네거티브 감광성 물질로, 광이 조사된 부위가 현상에 의해 제거되는 것으로, 이러한 자기 정렬 포토 공정을 거친 후 상기 제 2 트렌치(120) 가장자리에만 상기 제 3 감광막 패턴(125)이 남게 된다.
이어, 제 3 감광막 패턴(125)을 마스크로 하여 상기 제 3 금속층을 식각하여 상기 제 1 금속층 패턴(110) 및 상기 제 2 금속층 패턴(117)의 하측에 제 3 금속층 패턴(127)을 형성한다.
이어, 도 4e와 같이, 상기 제 1 금속층 패턴(110) 및 상기 제 1 트렌치(107) 내의 상기 제 2 감광막 패턴(115)과, 제 2 금속층 패턴(117) 및 상기 제 2 트렌치(120) 내의 상기 제 3 감광막 패턴(125)과, 상기 제 3 금속층 패턴(127)을 마스크로 하여 상기 기판(100)을 식각하여, 제 3 트렌치(130)를 형성한다. 이 때, 노출 된 기판(100) 상에, 상기 제 3 금속층 패턴(127)의 가장자리를 중심으로 한 원호 모양의 제 3 트렌치(130)가 형성된다.
이어, 도 4f와 같이, 최종적으로 상기 제 1 금속층 패턴(110)을 식각하여 제거하고, 상기 제 1, 제 2 트렌치(107, 120) 내의 제 2, 제 3 감광막 패턴(115, 125)을 스트립하여 제거한다. 이러한 과정을 거치면, 상기 기판(100)이 제 1 내지 제 3 트렌치(107, 120, 130)를 합한 깊이와 이들 폭의 요부 패턴(150)을 구비하며, 이와 같은 요부 패턴(150)을 구비한 상기 기판(100)을 액정 표시 장치의 박막을 형성하기 위한 인쇄판으로 이용한다.
이러한 인쇄판 제조 방법에 있어서, 상기 도 4b 및 도 4c의 과정은, 도 4d 및 도 4e의 과정과 같이, 복수개의 트렌치에 의해 원하는 깊이의 최종적인 요부 패턴(150)이 형성될 때까지 반복적으로 진행할 수 있다.
그러나, 이러한 공정 중에, 예를 들어, 제 1 금속층 패턴(110)이 제 1, 제 2 트렌치(107, 120)를 가린 상태에서, 각 트렌치 내에 제 2, 제 3 금속층을 스퍼터링하는 과정에서, 상기 제 1 금속층 패턴(110)의 금속 윙(metal wing) 밑에 상기 스퍼터링된 금속이 잘 들어가지 못하게 되어, 상기 제 2 금속층 패턴(117)의 증착이 정상적으로 이루어지지 못하는 문제가 발생할 수 있으며, 이에 따라, 상기 제 2 금속층 패턴(117)을 마스크로 이용한 기판의 식각시, 상기 제 2 금속층 패턴(117)이 증착되지 않은 부위의 기판이 함께 식각될 수 있다. 따라서, 트렌치를 형성하는 과정이 진행될수록 상기 제 1 금속층 패턴(110)이 가리는 부위에도 식각이 일어날 수 있거나, 각각 금속층의 자기 정렬이 정확히 이루어지지 못하게 되어, 따라서, 각 트렌치를 이용한 식각이 반복될수록, 형성되는 각층의 트렌치의 폭의 편차(CD bias : Critical Dimension Bias)가 발생되고, 이 경우, 편차에 의해 기판의 식각이 깊이 방향보다 측방향으로 커질 수 있어, 상대적으로 식각이 진행될 수록 각 트렌치의 높이(D2, D3, ...)가 상대적으로 제 1 트렌치에서 형성된 제 1 높이(D1) 비해 작아지게 된다. 예를 들어, 도4a에 도시된 제 1 트렌치의 제 1 높이(D1)에 비해 상기 도 4c 및 도 4e에 도시된 제 2 및 제 3 트렌치의 제2, 제 3 높이(D2, D3)가 그보다 약 60~70% 정도로 작게 된다.
이하에서는, 위의 각 트렌치의 CD 폭 조절이 용이하며, 이에 따라 고 종횡비의 트렌치의 형성이 가능한 본 발명의 인쇄판의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 인쇄판을 나타낸 단면도이다.
도 5와 같이, 본 발명의 인쇄판의 요부 패턴(180)은 기판(200) 상에 제 1 깊이(D1)의 제 1 트렌치(155)와 상기 제 2 깊이(D2')보다 큰 제 2 깊이의 제 2 트렌치(165)를 상기 제 1 트렌치(155)의 하측에 구비하여 이루어진다. 그리고, 상기 제 1 깊이의 제 1 트렌치(155)와 상기 제 1 트렌치(155) 하측의 제 2 트렌치(165)의 폭은 동일하며, 상기 제 1, 제 2 트렌치(155, 165)의 폭은 상기 기판(200) 상의 제 1 금속층 패턴(210)이 갖는 오픈 부위의 폭보다 상대적으로 크다. 이는 상기 제 1 금속층 패턴(210)을 이용한 상기 기판(200)의 식각시 상기 제 1 금속층 패턴(210)의 가장 자리를 중심으로 하여 원호 형상의 식각이 이루어지기 때문에 상기 제 1, 제 2 트렌치(155, 165)의 폭이 크게 된 것이다. 여기서, 상기 제 1 트렌치(155)의 제 1 깊이(D1)에 비해 상기 제 2 트렌치(165)의 제 2 깊이(D2')는 약 120~130%의 수준에 상당한다.
여기서, 상기 제 1 금속층 패턴(210)은 상기 기판(200)이 인쇄판으로 이용시 제거되는 부분이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 인쇄판 제조 방법을 도시한 공정 단면도이다.
도 6a와 같이, 본 발명의 인쇄판 제조 방법은 먼저, 기판 상에 금속층을 증착한다.
도 6a와 같이, 기판(200) 상에 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 인-주석-산화물(ITO: Indium Tin Oxide), 인듐-아연-산화물(IZO: Indium Zinc Oxide) 및 인듐-주석-아연-산화물(ITZO: Indium Tin Zinc Oxide)를 이용하여 단일층 또는 이중층으로 제 1 금속층(210과 동일층)을 형성한다. 여기서, 상기 제 1 금속층을 이루는 금속은 상기 기판(200)을 식각하기 위해 이용되는 식각액에 대하여 내성이 있는 금속으로 한다.
이어, 상기 제 1 금속층 상부에 감광막(220과 동일층)을 도포한 후, 상기 제 1 감광막의 소정 폭이 제거되도록 상기 제 1 감광막을 노광 및 현상하여 제 1 감광막 패턴(220)을 형성한다. 이어, 상기 제 1 감광막 패턴(220)을 마스크로 하여 노출된 상기 제 1 금속층을 소정 폭(W) 제거하여 제 1 금속층 패턴(210)을 형성한다. 도시된 도면에서, 상기 제 1 감광막 패턴(220)이 상기 제 1 금속층 패턴(210)에 비해 상대적으로 작은 폭이 오픈된 것으로 관찰되고 있으며, 이는 상대적으로 상기 제 1 금속층 패턴(210)을 형성하는 식각 과정에서, 상기 제 1 감광막 패턴(220)이 가리는 폭보다 상기 제 1 금속층 패턴(210)이 더 식각될 수 있기 때문이다.
이어, 상기 제 1 금속층 패턴(210) 및 상기 제 1 감광막 패턴(220)을 마스크로 하여, 상기 제 1 금속층 패턴(210) 하측의 노출된 상기 기판(200)의 표면을 식각하여 제 1 깊이(D1)의 제 1 트렌치(155)를 형성한다. 이러한 상기 기판(200)의 표면을 식각하는 과정에서 등방성 식각이 일어나게 되고 이 때, 상기 제 1 금속층 패턴(210)이 오픈된 가장자리에 대응되는 상기 기판(200)의 오픈된 부위에서는, 상기 제 1 금속층 패턴(210)의 가장자리를 원의 중심으로 하는 원호 모양의 식각이 일어나 언더컷(undercut) 형상으로 식각된다. 따라서, 상대적으로 상기 제 1 금속층 패턴(210)이 오픈된 영역이 갖는 폭(W)에 비해 그 양측으로 약 'C'의 길이를 반지름으로 하는 원호모양이 더 식각되어, 상대적으로 상기 제 1 트렌치(155)가 상기 제 1 금속층 패턴(210)이 남아있는 부위에 약 'C'의 폭으로 더 들어가게 형성된다.
한편, 여기서, 상기 기판(200)의 식각 전 상기 제 1 감광막 패턴(220)은 제거될 수도 있다.
이어, 도 6b와 같이, 상기 제 1 금속층 패턴(210) 상부의 제 1 트렌치(155)의 표면을 포함한 상기 기판(200) 상에 무전해 도금법(Electroless plating)에 의해 니켈(Ni)과 같은 금속으로 제 2 금속층(117과 동일층)을 형성한다. 이와 같은 무전해 도금법에 의하면, 상기 제 2 금속층이 상기 제 1 트렌치(155) 내부의 상기 제 1 금속층 패턴(210)의 하측이라도 정상적으로 증착될 수 있으며, 그에 따라 상기 제 2 금속층을 마스크로 이용한 기판의 식각이 원하는 형상으로 이루어질 수 있다.
이러한 무전해 도금법은 외부로부터 전기에너지를 공급받지 않고 금속염 수용액 중의 금속이온을 환원제의 힘에 의해 자기 촉매적으로 환원시켜 피처리물의 표면 위에 금속을 석출시켜 이루어지며, 이 때, 상기 무전해 도금법으로 형성되는 금속으로는 상술한 니켈(Ni) 외에 구리(Cu), 니켈-인(Ni-P), 니켈-보론(Ni-B) 합금 등이 가능하다. 이러한 무전해 도금법에 의한 제 2 금속층은 치밀하며, 균일한 두께로 형성될 수 있다.
이 때, 형성된 상기 제 2 금속층은 상기 제 1 트렌치(155)의 표면과 함께, 노출된 상기 제 1 금속층 패턴(210)의 표면(상기 제 1 트렌치 상에 위치한 측면 및 하부면)과, 상기 제 1 감광막 패턴(220)에도 함께 형성된다. 만일, 도 6a의 과정에서, 상기 제 1 감광막 패턴(220)을 제거할 경우에는 상기 제 1 금속층 패턴(210)의 상부 표면에도 상기 제 2 금속층의 증착이 이루어질 것이다.
이어, 상기 제 2 금속층 상부에 제 2 감광막을 도포하고, 상기 제 1 금속층 패턴(210)을 마스크로 이용하여 상기 제 2 감광막을 노광 및 현상에 의해 선택적으로 제거하여 상기 제 1 트렌치(155) 내부의 상기 제 1 금속층 패턴(210) 하부에 남겨 제 2 감광막 패턴(119)을 형성한다.
이어, 상기 제 2 감광막 패턴(119)을 마스크로 이용하여 상기 제 2 금속층을 선택적으로 제거하여 제 2 금속층 패턴(117)을 형성한다.
도 6c와 같이, 상기 제 1 금속층 패턴(210) 및 상기 제 1 트렌치의 가장자리의 상기 제 2 감광막 패턴(119)과 상기 제 2 금속층 패턴(117)을 마스크로 이용하여 상기 기판(200)을 식각하여 제 2 트렌치(165)를 형성한다.
이와 같이, 상기 제 2 트렌치(165)를 형성하는 과정에서, 상기 제 2 감광막 패턴(119)과 함께 무전해 도금법에 의해 형성된 제 2 금속층 패턴(117)을 함께 마스크로 이용하는 이유는 감광막 물질은 기판 표면에 대한 응집력(adhesion)이 좋지 않기 때문에 감광막만 단일막으로 이용할 수 없으며, 얇게 형성되는 금속층 단일막만으로는 단일 파티클(particle), 마이크로 핀홀(micro pinhole) 혹은 침식 현상에 의한 패턴 불량을 유발하기 때문에 이를 단일막으로 이용할 수 없기 때문이다. 그에 따라 밀착성이 좋은 상기 제 2 금속층 패턴(117)을 상기 제 2 감광막 패턴(119) 하측에 위치시킨 것이다. 그리고, 무전해 도금법에 의해 상기 제 2 금속층 패턴(117)을 형성한 것은 스퍼터링법에 의하여는 상기 제 1 금속층 패턴(110)에 가려진 상기 제 1 트렌치(155)의 가장자리의 표면에 금속층 증착이 이루어지지 않기 때문에 이를 개선하기 위함이다.
이러한 과정을 통해 상기 제 2 감광막 패턴(119) 및 상기 제 2 금속층 패턴(117)을 마스크로 하여 상기 기판(200)의 노출된 부위를 식각하면 상대적으로 상기 제 1 트렌치(155)의 제 1 높이(D1)에 비해 최대 약 120~130% 수준의 제 2 높이(D2')의 제 2 트렌치(165)의 형성이 가능하다. 여기서, 제 2 트렌치(165)의 형성은 상기 제 1 트렌치(155)에 형상과 마찬가지로, 상기 제 2 감광막 패턴(119) 및 제 2 금속층 패턴(117)이 제거되어 노출된 상기 기판(200)의 표면에서 노출되어 있으며, 상기 노출된 기판(200)의 표면으로부터 제 2 높이(D2')로 동일하게 식각되며, 상기 제 2 감광막 패턴(119) 및 제 1 금속층 패턴(210)와 상기 노출된 기판이 만나는 코너로부터는 동일한 길이를 반지름으로 한 원호 모양으로 더 식각되어 언 더컷(undercut)된 형상으로 형성된다.
이어, 상기 제 2 감광막 패턴(119) 및 제 1 감광막 패턴(220)은 감광 물질 스트리퍼(stripper)를 통해 제거한다.
이어, 상기 기판(200)의 표면의 제 1 금속층 패턴(210) 및 상기 제 1 트렌치(155) 내의 제 2 금속층 패턴(117)을 식각액에 의해 식각하여 제거한다.
이와 같이, 상기와 같이 형성된 제 1 및 제 2 트렌치(155, 165)는 함께 상기 기판(200) 상에 요부 패턴(180)으로 기능하며, 이와 같이, 요부 패턴(180)을 구비한 기판(200)은 인쇄판으로 기능한다.
그리고, 상기 제 2 상기 제 2 트렌치(165) 표면에, 무전해 도금법에 의해 상기 제 1 금속층 패턴(210)의 하측에 대응되는 금속층 패턴의 형성과, 이를 이용한 상기 기판(200)의 식각을 반복하여 소정 깊이의 트렌치를 형성하여, 원하는 깊이의 최종적인 요부 패턴을 형성할 수 있을 것이다. 이 경우, 상기 기판(200)의 식각은, 상기 금속층 패턴의 형성 후 상기 제 1 금속층 패턴의 하측에 대응되는 상기 제 2 트렌치에 감광막 패턴을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 기판(200)의 상기 제 1, 제 2 트렌치(155, 165)의 형성을 위한 식각액은 불산(HF)을 포함한 식각액을 이용한다.
이어, 본 발명의 인쇄판 제조 방법을 적용하여 액정 표시 장치의 제조에 적용하는 바에 대하여 설명한다.
상기 전술한 인쇄판 제조 방법에 의해 제작된 인쇄판을 이용하여 패턴을 형 성하는 바람직한 방법을 도 7a 내지 도 7c를 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.
먼저, 도 7a와 같이, 패턴물질(330)을 인쇄 노즐(310)을 통해 인쇄롤(320)에 도포한다.
이어, 도 7b와 같이, 상기 전술한 인쇄판 제조 방법에 의해 제작된 인쇄판(도 5의 200 참조) 상에서, 상기 패턴물질(330)이 도포된 인쇄롤(320)을 회전시켜, 일부 패턴물질(330b)을 상기 인쇄판 상에 전사한다. 이 경우, 상기 인쇄판(도 5의 200 참조)의 구비된 요부 패턴(180)을 제외한 나머지 표면에 패턴 물질(330b)이 전사되게 된다. 이 경우, 상기 인쇄롤(320)에는 전사되지 않고 남은 패턴 물질(330a)이 잔존하게 된다.
이어, 도 7c와 같이, 패터닝을 진행하는 기판(500) 상에서, 상기 인쇄롤(320)을 회전시켜, 인쇄롤(320)에 잔존하는 패턴물질(330a)을 기판(500) 상에 전사한다.
이와 같이, 상기 인쇄롤(320)의 잔존된 패턴 물질(330a)을 기판(500)에 전사하는 방식으로, 도 7a 내지 도 7c와 같은 방법으로 상기 기판(500) 상에 소정 패턴을 형성할 수 있다.
여기서, 상기 기판(500)은 예를 들어, 액정 표시 장치에서의 컬러 필터 어레이를 형성하는 기판을 들 수 있다. 이 경우, 상기 패터닝이 이루어지는 물질층은 상기 컬러 필터 어레이 중 블랙 매트릭스층이나 혹은 복수개의 컬러 필터층 중 어느 하나 혹은 이들 중 모두일 수 있다.
또한, 상기 기판(500)에 패터닝하는 방법은 유기 발광 소자의 유기 발광층을 포함한 유기 박막을 형성하는 방법에 이용될 수도 있을 것이다.
예를 들어, 상기 기판(500)에 패터닝하는 방법은 다음과 같이, 도시하지 않았으나, 액정 표시 장치의 제조에 이용할 수 있다.
즉, 제 1, 제 2 기판을 준비한다.
상기 제 1 기판은 상술한 블랙 매트릭스층 및 컬러 필터층을 포함하는 컬러 필터 어레이 기판이며, 상기 제 2기판은 서로 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선과, 상기 게이트 배선과 데이터 배선의 교차 영역에 박막트랜지스터와, 상기 박막트랜지스터와 연결되는 화소전극을 포함하여 이루어진 박막 트랜지스터 어레이 기판이다. 예를 들어, 상기 제 1, 제 2 기판들에 형성되는 블랙 매트릭스층 또는 컬러 필터층과 같은 유기 박막 형성 공정에 상술한 방법으로 제조된 인쇄판을 이용한 패터닝을 진행한다.
이어, 상기 제 1기판 및 제2기판 사이에 액정층을 형성한다. 이 때, 상기 액정층을 형성하는 공정은 제 1기판 및 제2기판 중 어느 하나의 기판에 주입구 없는 씨일재를 형성하고, 씨일재가 형성된 기판에 액정을 적하한 후 제 1, 제 2 기판을 합착하여 형성하거나 혹은 제 1 기판 및 제 2 기판 중 어느 하나의 기판에 주입구 형성되도록 씨일재를 형성한 후 양 기판을 합착하고, 그 후에 상기 주입구를 통해 모세관 현상과 압력차를 이용하여 액정을 주입하여 형성할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기와 같은 본 발명의 인쇄판의 제조 방법 및 이를 이용한 액정 표시 장치의 제조 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
인쇄판의 요부 패턴을 형성함에 있어서, 원하는 깊이의 요부 패턴의 구현이 일회의 식각으로 어려울 경우, 복수개의 적층구조의 트렌치를 형성하여 요부 패턴의 형성 공정이 이루어진다. 이 때, 요부 패턴을 형성함에 1차 트렌치 형성 후, 2차 트렌치를 형성시 기판 표면에 남아있는 제 1 금속층 패턴의 가장자리와 그 하부에 1차 트렌치 내에 무전해 도금법에 의해 제 2 금속층을 형성하고, 나머지 영역에 감광막 물질을 채워 상기 제 1 금속층 패턴을 경계로 한 기판 식각 공정을 진행한다. 이를 통해 무전해 도금법에 의해 상기 기판 표면의 제 1 금속층 패턴에 가려진 1차 트렌치 가장자리에도 금속층 증착이 잘 이루어지고, 또한, 그 표면에 감광막 형성이 이루어져, 상기 제 1 금속층 패턴과 그 상부에 감광막이 마스크로 이용되어, 핀홀 또는 패턴 불량이 발생하지 않게 안정적으로 깊이 방향의 기판 식각이 가능하다.
또한, 복수개의 트렌치를 형성함에 있어, 각 층의 트렌치의 폭 편차없이 깊이 방향의 트렌치 형성이 가능하다. 따라서, 기판 표면으로 하부의 트렌치로 갈수록 트렌치의 폭 변화없이 깊이 방향으로 식각률이 개선되어, 즉, 고종횡비(high aspect ratio)의 구현이 가능하여, 트렌치 형성 횟수를 줄이더라도 원하는 깊이 요부 패턴의 구현이 가능하다. 따라서, 인쇄판 제조에 들어가는 공정 시간 및 횟수를 줄일 수 있으며, 이에 따라 수율 향상을 기대할 수 있다.

Claims (16)

  1. 기판 상에 제 1 오픈 부위를 갖는 제 1 금속층 패턴을 형성하는 단계;
    상기 제 1 금속층 패턴을 이용하여 상기 기판을 식각하여 제 1 트렌치를 형성하는 단계;
    상기 제 1 트렌치의 표면을 포함한 상기 기판 상에 무전해 도금법에 의해 제 2 금속층을 형성하는 단계;
    상기 제 2 금속층을 선택적으로 제거하여 상기 제 1 금속층 패턴 하부에 위치한 상기 제 1 트렌치 내에 남는 형상의 제 2 금속층 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 제 1 금속층 패턴 및 제 2 금속층 패턴을 이용하여 상기 기판을 식각하여 제 2 트렌치를 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 인쇄판의 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 금속층 패턴을 형성하는 단계는
    상기 기판 상에 제 1 금속층을 증착 후, 상기 제 1 오픈 부위에 상응하여 오픈 부위를 갖는 제 1 감광막 패턴을 마스크로 이용하여, 상기 제 1 금속층을 식각하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 인쇄판의 제조 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 금속층 패턴을 형성 후 상기 제 1 감광막 패턴은 상기 제 2 금속층의 형성시 남아있는 것을 특징으로 하는 인쇄판의 제조 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제 2 금속층을 형성하는 단계에서,
    상기 제 2 금속층은 상기 제 1 트렌치의 표면을 포함하여, 상기 제 1 감광막 패턴의 표면 및 측면과, 상기 제 1 트렌치의 상부에 노출된 상기 제 1 금속층 패턴에 함께 형성되는 것을 특징으로 하는 인쇄판의 제조 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 금속층 패턴의 형성은 상기 제 1 금속층 패턴을 이용한 자기정렬 포토 공정에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 인쇄판의 제조 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제 1 금속층 패턴을 이용한 자기정렬 포토 공정은
    상기 제 1 트렌치를 포함한 상기 제 1 금속층 패턴의 상부에 제 2 감광막을 형성하는 단계;
    상기 제 1 금속층 패턴을 마스크로 하여 상기 제 2 감광막을 노광 및 현상하여 상기 제 1 금속층 패턴 하부의 상기 제 1 트렌치 내에 제 2 감광막 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 제 2 감광막 패턴을 마스크로 이용하여 상기 제 2 금속층을 선택적으로 제거하여 상기 제 2 금속층 패턴을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 인쇄판의 제조 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 트렌치를 형성하는 단계는,
    상기 제 2 금속층 패턴, 상기 제 2 감광막 패턴 및 상기 제 1 금속층 패턴을 마스크로 이용하여 상기 기판을 식각하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 인쇄판의 제조 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 금속층 패턴은 상기 기판 식각액에 비해 내식성이 있는 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 인쇄판의 제조 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제 1 금속층 패턴은 크롬, 몰리브덴, 구리, 인-주석-산화물(ITO: Indium Tin Oxide), 인듐-아연-산화물(IZO: Indium Zinc Oxide) 및 인듐-주석-아연-산화물(ITZO: Indium Tin Zinc Oxide) 중 적어도 어느 하나를 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 인쇄판의 제조 방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 금속층은 니켈(Ni), 구리(Cu), 니켈-인(Ni-P), 니켈-보론(Ni-B) 합금 중 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 인쇄판의 제조 방법.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 트렌치의 형성을 위한 상기 기판의 식각은 불산(HF)을 포함한 식각액을 이용하는 것을 특징으로 하는 인쇄판의 제조 방법.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 트렌치 상부의 제 1 금속층 패턴의 하측에 대응되어 무전해 도금법에 의한 제 3 금속층 패턴을 형성한 후, 이를 이용하여 상기 기판을 식각하여 제 3 트렌치를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄판의 제조 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 제 2 트렌치 표면에, 무전해 도금법에 의해 상기 제 1 금속층 패턴의 하측에 대응되는 금속층 패턴의 형성과, 이를 이용한 상기 기판의 식각을 반복하여 소정 깊이의 트렌치를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄판의 제조 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 기판의 식각은, 상기 금속층 패턴의 형성 후 상기 제 1 금속층 패턴의 하측에 대응되는 상기 제 2 트렌치에 감광막 패턴을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 인쇄판의 제조 방법.
  15. 서로 대향된 제 1, 제 2 기판을 준비하는 단계;
    상기 제 1 기판 상에 차광층 및 복수개의 컬러 필터층을 형성하는 단계;
    상기 제 1 기판 상에 박막 트랜지스터 어레이를 형성하는 단계; 및
    상기 제 1, 제 2 기판 사이에 액정층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지며,
    상기 차광층 및 복수개의 컬러 필터층 중 적어도 어느 하나는 상기 제 1 내지 제 14항 중 어느 한 항에 의해 제조된 인쇄판을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 제1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 의해 제작된 인쇄판을 이용하여 패턴을 형성하는 단계는
    차광 물질 또는 컬러 필터 형성물질을 인쇄롤에 도포하는 단계;
    상기 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 의해 제작된 인쇄판 상에서, 상기 차광 물질 또는 컬러 필터 형성 물질이 도포된 인쇄롤을 회전시켜, 일부 차광물질 또는 컬러 필터 형성 물질을 상기 인쇄판 상에 전사하는 단계; 및
    상기 제 1기판 상에서, 상기 인쇄롤을 회전시켜, 상기 인쇄롤에 잔존하는 차광 물질 또는 컬러 필터 형성 물질을 기판 상에 전사하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조 방법.
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