KR20080073945A - Patterning method using laser - Google Patents

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Abstract

A patterning method using a laser beam is provided to prevent thermal deformation of a substrate by performing a patterning process using a sophisticated photomask. A coating process is performed to form a coating agent(22) on a substrate(21). The coating agent is composed of a material having a laser absorption state corresponding to a value more than a predetermined value. A pattern mark including a pattern is aligned on the coating agent. The coating agent is patterned by irradiating a laser beam through the pattern mask. The coating agent is one of chrome, aluminum, pentacene, and photoresist. The pattern mask includes a transparent substrate and a metal layer patterned on the transparent substrate.

Description

레이저를 이용한 패터닝 방법{Patterning method using laser}Patterning method using laser {Patterning method using laser}

도1a 내지 도1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용한 패터닝 방법을 나타낸다.1A to 1C illustrate a patterning method using a laser according to an embodiment of the present invention.

도2a 내지 도2f는 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저를 이용한 패터닝 방법을 나타낸다.2A to 2F illustrate a patterning method using a laser according to another embodiment of the present invention.

※도면의 주요 부분에 대한 설명※※ Description of main part of drawing ※

11,21 : 기판 12,22 : 코팅재11,21: substrate 12,22: coating material

13,24 : 투명 기판 14,25 : 메탈 패턴13,24: transparent substrate 14,25: metal pattern

15,26 : 포토마스크 23 : 마스크층15,26 photomask 23 mask layer

본 발명은 레이저를 이용한 패터닝 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a patterning method using a laser.

보다 구체적으로, 본 발명은 특히 플렉시블 디스플레이, OLED, LCD, PDP 등 디스플레이 장치의 각 소자를 패터닝하는 방법에 관한 것으로서, 패터닝하고자 하 는 물질 위에 마스크를 정렬하고, 마스크를 통해 적절한 강도를 갖는 레이저를 적절한 횟수만큼 가하여 줌으로써, 패터닝하고자 하는 물질을 선택적으로 제거하는 레이저를 이용한 패터닝 방법에 관한 것이다.More specifically, the present invention relates to a method for patterning each element of a display device such as a flexible display, an OLED, an LCD, a PDP, and the like, by arranging a mask on a material to be patterned, and applying a laser having an appropriate intensity through the mask. The present invention relates to a patterning method using a laser that selectively removes a substance to be patterned by applying an appropriate number of times.

고도의 정보화 시대가 진행되며, 대량의 정보처리를 위한 소자와 이를 표시하기 위한 디스플레이 소자들이 빠른 속도로 개발되고 있다. 디스플레이 소자들은 기존의 브라운관에서 LCD (Liquid Crystal Display), PDP (plasma display panel), OLED (organic light emitting diode) 등 평면표시소자로 급속히 바뀌어가고 있다. 최근 들어서는 휴대와 설치의 용이성 등의 다양한 장점을 추구하기 위해 플라스틱 기판이나 스테인레스 스틸 기판을 이용한 플렉서블 디스플레이 개발이 주목을 받고 있다. As the information age progresses, elements for mass information processing and display elements for displaying the same are being rapidly developed. Display devices are rapidly changing from conventional CRTs to flat display devices such as liquid crystal displays (LCDs), plasma display panels (PDPs), and organic light emitting diodes (OLEDs). Recently, in order to pursue various advantages such as ease of portability and installation, a flexible display using a plastic substrate or a stainless steel substrate has been attracting attention.

플렉서블 디스플레이 기판의 주된 재료로 플라스틱이 많이 연구되고 있는데, 이는 가볍고 깨지지 않으며, 휘어진다는 장점을 가지나, 수분과 산소 투과성, 수분 흡습성, 열적 변형 등의 단점을 또한 가지고 있다. 특히 고해상도의 디스플레이 개발을 위해서는 열적 변형이 큰 단점이 되고 있다. Plastic has been studied as a main material of the flexible display substrate, which has the advantage of being light, unbreakable, and bent, but also has disadvantages such as moisture and oxygen permeability, moisture hygroscopicity, and thermal deformation. In particular, the thermal deformation is a major disadvantage for the development of high resolution displays.

플렉서블 디스플레이 제작을 위해서는 이러한 기판 위에 구동소자를 형성해야 하는데, 이 과정은 소자 각 층의 증착과 패터닝 등으로 이루어진다. 여기서 패터닝 공정은 포토레지스트 코팅과 포토레지스트층의 노광, 현상 및 제거 과정 등의 공정을 거치게 된다. 플라스틱 기판의 경우, 패터닝을 위한 포토레지스트 경화 등의 열처리 공정시, 기판의 열적 변형이 심하게 일어나 소자 치수의 변형을 가져와 고해상도 디스플레이 제작의 걸림돌이 되고 있다.In order to manufacture a flexible display, a driving device must be formed on such a substrate. This process consists of deposition and patterning of each layer of the device. The patterning process is subjected to a process such as exposure, development and removal of the photoresist coating and photoresist layer. In the case of a plastic substrate, thermal deformation of the substrate occurs severely during a heat treatment process such as photoresist curing for patterning, resulting in deformation of device dimensions, which is an obstacle to high resolution display fabrication.

이러한 패터닝 공정상의 열처리에 따른 플라스틱 기판 변형을 해결하기 위해 레이저와 포토마스크를 이용한 마스크층에 레이저에 의한 다이렉트 패터닝을 도입할 경우, 열처리 공정을 거치지 않아 플라스틱 기판의 열처리에 따른 기판 변형을 최소화할 수 있다. 또한 이러한 방법은 열변형이 없는 글래스 기판 등에서도 공정수를 줄이기 위해 활용할 수 있을 것이다.In order to solve the deformation of the plastic substrate due to the heat treatment in the patterning process, when the direct patterning by the laser is introduced into the mask layer using the laser and the photomask, the substrate deformation due to the heat treatment of the plastic substrate can be minimized without undergoing the heat treatment process. have. In addition, this method can be used to reduce the number of processes even in glass substrates without heat deformation.

그러나, 기존의 레이저를 직접 스캐닝하여 패터닝하는 방법은 레이저 빔의 크기와 빔의 균일성, 등의 한계 등으로 인하여 형성하고자 하는 패턴의 모양, 선폭, 선 사이의 간격 등이 제한을 받는다.However, in the conventional method of directly scanning and patterning a laser, the shape of the pattern to be formed, the line width, the spacing between lines, etc. are limited due to the limitations of the size of the laser beam, the uniformity of the beam, and the like.

이러한 종래의 레이저를 이용한 패터닝 방법의 단점을 해결할 수 있는 방법이 요구된다.There is a need for a method that can solve the disadvantages of the conventional patterning method using a laser.

본 발명은 플라스틱 기판 등 열처리에 취약한 기판 상에 도포된 물질을 플라스틱 기판의 변형없이 패터닝할 수 있는 패터닝 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a patterning method capable of patterning a material applied on a substrate vulnerable to heat treatment such as a plastic substrate without deformation of the plastic substrate.

본 발명은 레이저 패터닝시에 마스크층을 도입함으로써, 형성하고자 하는 패턴의 모양, 선폭 등의 제한을 덜 받는 패터닝 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a patterning method that is less restricted by the shape, line width, and the like of a pattern to be formed by introducing a mask layer during laser patterning.

본 발명은 패터닝되는 물질에 따라 레이저의 강도 또는 조사 횟수를 조절함으로써 다양한 물질에 적용 가능한 레이저를 이용한 패터닝 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a patterning method using a laser applicable to various materials by adjusting the intensity or the number of irradiation of the laser according to the patterned material.

본 발명은 레이저에 의한 직접 패터닝으로, 종래와 같은 용액 공정이나 열처리 공정이 생략된 패터닝 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a patterning method in which direct solution by laser is omitted, and a solution process and a heat treatment process as in the prior art are omitted.

본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용한 패터닝 방법은, 기판에 소정값 이상의 레이저 흡수도를 갖는 물질을 코팅재를 도포하는 단계; 상기 코팅재 위에 패턴이 인쇄된 패턴 마스크를 정렬하는 단계; 및 상기 패턴 마스크를 통해 레이저를 조사하여 상기 코팅재를 패터닝하는 단계를 포함한다.Patterning method using a laser according to an embodiment of the present invention, the step of applying a coating material on the substrate having a laser absorption of a predetermined value or more; Arranging a pattern mask having a pattern printed on the coating material; And patterning the coating material by irradiating a laser through the pattern mask.

본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저를 이용한 패터닝 방법은, 기판에 에칭이 가능한 코팅재를 도포하는 단계; 상기 코팅재 위에 소정값 이상의 레이저 흡수도를 갖는 마스크층을 도포하는 단계; 상기 마스크층 위에 패턴이 인쇄된 패턴 마스크를 정렬하는 단계; 및 상기 패턴 마스크를 통해 레이저를 조사하여 상기 마스크층을 패터닝하는 단계를 포함한다.Patterning method using a laser according to another embodiment of the present invention, applying a coating material capable of etching on the substrate; Applying a mask layer having a laser absorbance of a predetermined value or more on the coating material; Arranging a pattern mask having a pattern printed on the mask layer; And patterning the mask layer by irradiating a laser through the pattern mask.

본 발명은 패터닝 하고자하는 재료의 특정부분만 제거할 수 있는 적정에너지를 가지는 레이저와 형성하고자 하는 패턴이 형성된 포토마스크를 이용하여 기판 위에 원하는 형태의 박막 패턴을 형성하는 패터닝 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a patterning method for forming a thin film pattern of a desired shape on a substrate by using a laser having an appropriate energy capable of removing only a specific portion of a material to be patterned and a photomask on which a pattern to be formed is formed.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도1a 내지 도1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용한 패터닝 방법을 나타낸다.1A to 1C illustrate a patterning method using a laser according to an embodiment of the present invention.

먼저 도1a와 같이, 기판(11)에 패터닝하고자 하는 코팅재(12)를 도포한다. 기판(11)은 디스플레이 장치에 사용되는 유리 또는 플라스틱 등의 투명 기판일 수 있다. 패터닝하고자 하는 코팅재(12)는 소정 파장의 레이저에 대해 소정값 이상의 레이저 흡수도를 가지며, 그 레이저에 의해 제거될 수 있는 물질로서, 박막 트랜지스터 소자의 게이트 전극, 반도체층, 소스 및 드레인 중 하나일 수 있다. 코팅재(12)를 도포하는 방법은 코팅재(12)의 재료에 따라, 스퍼터링, CVD 등 공지된 다양한 방법이 사용될 수 있다.First, as shown in FIG. 1A, a coating material 12 to be patterned is applied to the substrate 11. The substrate 11 may be a transparent substrate such as glass or plastic used in a display device. The coating material 12 to be patterned has a laser absorption of a predetermined value or more with respect to a laser of a predetermined wavelength and can be removed by the laser. The coating material 12 may be one of a gate electrode, a semiconductor layer, a source and a drain of the thin film transistor element. Can be. As a method of applying the coating material 12, various known methods such as sputtering and CVD may be used, depending on the material of the coating material 12.

그리고 나서, 도1b와 같이, 형성하고자 하는 패턴을 포함하는 포토마스크(15)를 기판(11) 위에 정렬한 다음, 적정한 에너지를 가지는 레이저빔을 포토마스크(15) 위에 조사한다. 포토 마스크(15)는 유리 또는 석영 기판(13)에 Cr 등의 메탈 패턴(14)이 형성된 마스크를 사용할 수 있다.Then, as shown in FIG. 1B, the photomask 15 including the pattern to be formed is aligned on the substrate 11, and then a laser beam having an appropriate energy is irradiated onto the photomask 15. The photo mask 15 may be a mask in which a metal pattern 14 such as Cr is formed on a glass or quartz substrate 13.

포토마스크(15)의 패턴(14)에 의해 가려지는 부분을 제외한 나머지 부분에는 레이저빔이 직접 닿게되어 제거되면서, 도1c와 같이 포토마스크(15)의 패턴(14)에 따라 기판(11) 위의 코팅재(12)가 패터닝이 된다. The laser beam is directly applied to and removed from the remaining portions except for the portion covered by the pattern 14 of the photomask 15. The substrate 11 is disposed on the substrate 11 according to the pattern 14 of the photomask 15 as shown in FIG. 1C. Coating material 12 is patterned.

이러한 방법은 패터닝하고자 하는 코팅재(12)가 레이저 에너지의 해당 파장영역에서 에너지 흡수도가 높아 레이저 조사시 쉽게 제거가능한 경우에 사용한다. 레이저의 에너지값과 조사횟수는 물질 종류에 따라 달라질 수 있다.This method is used when the coating material 12 to be patterned has high energy absorption in the wavelength region of the laser energy and can be easily removed during laser irradiation. The energy value of the laser and the number of irradiation times may vary depending on the type of material.

예컨대, 코팅재(12)의 재료로, Cr, Al, 펜타센, 또는 포토 레지스트를 사용 하는 경우에는 파장이 200nm 내지 300nm, 보다 바람직하게는 파장이 248nm인 엑시머 레이저를 사용하면 효과적으로 패터닝을 수행할 수 있다.For example, when Cr, Al, pentacene, or a photoresist is used as the material of the coating material 12, an excimer laser having a wavelength of 200 nm to 300 nm, more preferably 248 nm can be effectively patterned. have.

실시예에 따라서, 코팅재(12)의 재료로 Cr을 사용하고, 포토마스크(15)의 패턴(14)도 Cr 패턴인 경우에는 포토마스크(15)의 패턴이 없는 부분, 즉 레이저빔이 투과하는 부분을 프로젝션에 의해 에너지 밀도를 높여주면 효과적으로 패터닝을 수행할 수 있다.According to the embodiment, when Cr is used as the material of the coating material 12, and the pattern 14 of the photomask 15 is also a Cr pattern, a portion without the pattern of the photomask 15, that is, the laser beam passes through By projecting the part to increase the energy density, the patterning can be effectively performed.

도2a 내지 도2f는 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저를 이용한 패터닝 방법을 나타낸다.2A to 2F illustrate a patterning method using a laser according to another embodiment of the present invention.

도2a 내지 도2f에 도시된 실시예에서는, 패터닝하고자하는 코팅재가 레이저로 직접 패터닝이 곤란할 경우에 레이저로 쉽게 제거가능한 물질을 마스크층(Masking layer)로 도입한다. In the embodiment shown in Figs. 2A to 2F, when the coating material to be patterned is difficult to directly pattern with a laser, a material easily removable with a laser is introduced into the masking layer.

먼저 도2a와 같이, 기판(21)에 패터닝하고자 하는 코팅재(22)를 도포한다. 기판(21)은 디스플레이 장치에 사용되는 유리 또는 플라스틱 등의 투명 기판일 수 있다. 패터닝하고자 하는 코팅재(22)는 습식 에칭 또는 건식 에칭에 의해 패터닝이 가능한 물질로서, 박막 트랜지스터 소자의 게이트 전극, 반도체층, 소스 및 드레인 중 하나일 수 있다. 코팅재(22)를 도포하는 방법은 코팅재(22)의 재료에 따라, 스퍼터링, CVD 등 공지된 다양한 방법이 사용될 수 있다.First, as shown in FIG. 2A, a coating material 22 to be patterned is applied to the substrate 21. The substrate 21 may be a transparent substrate such as glass or plastic used in the display device. The coating material 22 to be patterned is a material that can be patterned by wet etching or dry etching, and may be one of a gate electrode, a semiconductor layer, a source, and a drain of the thin film transistor device. As a method of applying the coating material 22, various known methods such as sputtering and CVD may be used, depending on the material of the coating material 22.

코팅재(22) 위에, 도2b와 같이 에칭 레지스트로 사용될 수 있는 마스크층(23)을 도포한다. 마스크층(23)은 습식 에칭 또는 건식 에칭 공정에서 에칭 레 지스트로 사용될 수 있고, 소정 파장의 레이저에 대해 소정값 이상의 레이저 흡수도를 가지며, 그 레이저에 의해 제거될 수 있는 물질이다.On the coating material 22, a mask layer 23 that can be used as an etching resist is applied as shown in Fig. 2B. The mask layer 23 may be used as an etching resist in a wet etching or dry etching process, has a laser absorption of more than a predetermined value for a laser of a predetermined wavelength, and is a material that can be removed by the laser.

그리고 나서, 형성하고자 하는 패턴을 형성된 포토마스크(26)를 마스크층(23) 위에 정렬한 다음, 적정한 에너지를 가지는 레이저빔을 포토마스크(26) 위에 조사한다.Then, the photomask 26 on which the pattern to be formed is formed is aligned on the mask layer 23, and then a laser beam having an appropriate energy is irradiated onto the photomask 26.

포토 마스크(26)는 유리 또는 석영 기판(24)에 Cr 등의 메탈 패턴(25)이 형성된 마스크를 사용할 수 있다.The photo mask 26 may be a mask in which a metal pattern 25 such as Cr is formed on a glass or quartz substrate 24.

마스크층(23) 중 포토마스크(26)의 패턴(25)에 의해 가려지는 부분을 제외한 나머지 부분에는 레이저빔이 직접 닿게 되어 제거되면서, 도2d와 같이 포토마스크(26)의 패턴(25)에 따라 코팅재(22) 위의 마스크층(23)가 패터닝된다.The remaining portion of the mask layer 23 except for the portion covered by the pattern 25 of the photomask 26 is removed by direct contact with the laser beam, and the pattern 25 of the photomask 26 is removed as shown in FIG. 2D. Accordingly, the mask layer 23 on the coating material 22 is patterned.

레이저의 에너지값과 조사횟수는 마스크층(23)의 재료에 따라 달라질 수 있다. 예컨대, 마스크층(23)의 재료로 일반 습식 에칭용 포토 레지스트를 사용하는 경우에는 파장이 200nm 내지 300nm, 보다 바람직하게는 파장이 248nm인 엑시머 레이저를 사용하면 제거율이 90% 이상으로서 효과적으로 패터닝을 수행할 수 있다.The energy value and the number of irradiation times of the laser may vary depending on the material of the mask layer 23. For example, in the case of using a general wet etching photoresist as the material of the mask layer 23, when an excimer laser having a wavelength of 200 nm to 300 nm, more preferably, a wavelength of 248 nm is used, the removal rate is 90% or more, thereby effectively patterning. can do.

그리고 나서, 도2e와 같이 원하는 모양이 패터닝된 마스크층(23)을 마스크로 사용하여 에칭에 의해 마스크층(23) 아래의 코팅재(22)를 패터닝하고, 마스크층(23)을 제거하면 코팅재(22)의 패터닝이 완료된다.Then, as shown in FIG. 2E, the coating material 22 under the mask layer 23 is patterned by etching using the mask layer 23 patterned in a desired shape as a mask, and when the mask layer 23 is removed, the coating material ( The patterning of 22) is completed.

종래의 레이저를 직접 스캐닝하여 패터닝하는 방법은 레이저 빔의 크기와 빔의 균일성, 레이저 자체의 스캐닝 등의 한계 등으로 인하여 형성하고자 하는 패턴의 모양, 선폭, 선사이의 간격 등이 제한을 받으나, 본 발명의 패터닝 방법에 따르면, 정교한 포토마스크를 이용하여 레이저 패터닝을 수행하기 때문에, 선폭의 제한이나, 레이저 패터닝을 할 경우 종래 레이저 스캐닝의 문제점을 해결할 수 있다.In the conventional method of directly scanning a laser patterning method, the shape, line width, and spacing of the pattern to be formed are limited due to the limitations of the size of the laser beam, the uniformity of the beam, and the scanning of the laser itself. According to the patterning method of the present invention, since laser patterning is performed using a sophisticated photomask, the limitation of the line width or the laser patterning can solve the problems of conventional laser scanning.

본 발명의 레이저를 이용한 패터닝 방법에 따르면, 종래의 포토리소그래피를 이용한 패터닝 공정에서 발생할 수 있는 기판의 열변형과 화학적 변형을 막을 수 있고, 공정수를 줄일 수 있다. According to the patterning method using the laser of the present invention, it is possible to prevent thermal deformation and chemical deformation of the substrate which may occur in the conventional patterning process using photolithography, and to reduce the number of processes.

Claims (8)

기판에 소정값 이상의 레이저 흡수도를 갖는 물질을 코팅재를 도포하는 단계;Coating a coating material on a substrate with a material having a laser absorbance of a predetermined value or more; 상기 코팅재 위에 패턴이 인쇄된 패턴 마스크를 정렬하는 단계; 및Arranging a pattern mask having a pattern printed on the coating material; And 상기 패턴 마스크를 통해 레이저를 조사하여 상기 코팅재를 패터닝하는 단계;Irradiating a laser through the pattern mask to pattern the coating material; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 패터닝 방법.Patterning method using a laser, characterized in that it comprises a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 코팅재는 크롬, 알루미늄, 펜타센, 감광성 레지스트 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 패터닝 방법.The coating material is a patterning method using a laser, characterized in that any one of chromium, aluminum, pentacene, photosensitive resist. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 패턴 마스크는 투명 기판 및 상기 투명 기판 상에 패터닝된 메탈층을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 패터닝 방법.The pattern mask is a patterning method using a laser, characterized in that it comprises a transparent substrate and a metal layer patterned on the transparent substrate. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 레이저의 파장은 200 내지 300 nm인 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 패터닝 방법.The wavelength of the laser is a patterning method using a laser, characterized in that 200 to 300 nm. 기판에 에칭이 가능한 코팅재를 도포하는 단계;Applying a coating material capable of etching to the substrate; 상기 코팅재 위에 소정값 이상의 레이저 흡수도를 갖는 마스크층을 도포하는 단계;Applying a mask layer having a laser absorbance of a predetermined value or more on the coating material; 상기 마스크층 위에 패턴이 인쇄된 패턴 마스크를 정렬하는 단계; 및Arranging a pattern mask having a pattern printed on the mask layer; And 상기 패턴 마스크를 통해 레이저를 조사하여 상기 마스크층을 패터닝하는 단계;Irradiating a laser through the pattern mask to pattern the mask layer; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 패터닝 방법.Patterning method using a laser, characterized in that it comprises a. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 에칭 레지스트인 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 패터닝 방법.Patterning method using a laser, characterized in that the etching resist. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 패턴 마스크는 투명 기판, 및 상기 투명 기판 상에 패터닝된 메탈층을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 패터닝 방법.The pattern mask is a patterning method using a laser, characterized in that it comprises a transparent substrate, and a metal layer patterned on the transparent substrate. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 레이저의 파장은 200 내지 300 nm인 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 패터닝 방법.The wavelength of the laser is a patterning method using a laser, characterized in that 200 to 300 nm.
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