KR20100049518A - 포토리소그래피용 마스크, 박막 형성 방법, 및 액정 표시 장치의 제조 방법 - Google Patents

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아끼라 마에하라
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Abstract

포토리소그래피용 마스크에 제공된 반 투과부와 투과부를 투과하는 광의 위상차가 (-1/4+2m)π 이상, (1/4+2m)π 이하(즉, m은 정수)의 범위 이내로 되도록 반투과막을 형성한다. 본 발명은 단일 프로세스에 의해 다단 구조를 갖는 박막을 효율적이고 적절하게 형성할 수 있다.

Description

포토리소그래피용 마스크, 박막 형성 방법, 및 액정 표시 장치의 제조 방법{MASK FOR PHOTOLITHOGRAPHY, METHOD OF FORMING THIN FILM, AND METHOD OF PRODUCING THE LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
본 발명은 복수의 투과 영역을 갖는 포토리소그래피용 마스크와, 이 포토리소그래피용 마스크를 사용한 박막 형성 방법, 및 다른 막 두께를 갖는 박막 패턴이 단일 프로세스로서 유리 기판상에 형성된 액정 표시 장치와 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 액정 디스플레이 등의 액정 표시 장치의 대화면화나 제조 프로세스의 효율화에 따라, 액정 표시 장치에 사용되는 유리 기판 상에 박막 패턴을 형성하는 포토리소그래피 공정의 대규모화가 진행되고 있다. 이러한 대규모화한 포토리소그래피 공정을 실시할 때에는, 스테퍼에 의한 노광으로서는 생산 효율이 나쁘기 때문에, 큰 기판 재료에 대하여 효율적으로 노광을 행할 수 있는 대형의 포토마스크가 이용되고 있다.
예를 들면, 액정 모드의 다양화 등에 의해서, 포토리소그래피 공정을 복수회 행하여 형성하는 다층막 구조가 요구되어 왔다. 그러나, 이러한 포토리소그래피 공정 수의 증가로 인해 프로세스 타임이 증가된다. 예를 들면, 반사 투과 병용형 액정을 형성하는 데에 있어서의 컬러 필터의 다단화나, 멀티 갭 등을 제공하는 유리 기판상의 다단에 걸쳐 박막 패턴을 형성할 필요가 있는 경우가 이것에 해당된다. 이러한 포토리소그래피 공정의 증가는, 비용 절감이나 리드 타임의 단축의 방해가 되고 있다.
상술한 문제를 해결하는 수단으로서, 1매의 마스크 기판상에 상이한 광 투과율을 갖는 복수의 투과 영역을 갖는 하프톤(halftone) 마스크를 이용하는 방법이 있다. 이 방법은, 포토마스크에 상이한 광 투과율을 갖는 투과 영역을 형성함으로써, 박막 패턴을 형성하는 기판(이하, 대상 기판이라 칭한다) 상에 노광하는 광량을 부분마다 조정하여, 복수의 막 두께를 갖는 박막 패턴을 일회의 포토리소그래피 공정으로 형성하는 것이다. 이 방법에 따르면, 강도가 다른 노광 광으로 대상 기판 상의 감광성 재료가 노광되기 때문에, 일회의 포토리소그래피 공정으로 다단 구조의 박막 패턴을 형성할 수 있다.
그러나, 상술한 하프톤 마스크를 이용한 경우에는, 광 투과율이 상이한 투과 영역의 경계 부분에서, 회절광끼리의 간섭이 생긴다. 이 회절광끼리의 간섭이 서로를 약하게 하는 경우에는, 대상 기판상에 형성되는 박막 패턴에, 보다 약한 광으로 노광되는 부분이 생겨 막감소 단차를 발생시키고 있다. 이 때문에, 하프톤의 포토마스크를 이용한 경우에는, 상술한 회절광의 간섭의 영향에 의해 단일 프로세스에 의해서 양호하게 다단 구조의 박막 패턴을 형성하는 것이 곤란하였다.
이러한 회절광의 영향을 없애기 위해서는, 포토마스크와 대상 기판 사이는 될 수 있는 한 밀착시켜 포토리소그래피 공정을 행하는 것이 바람직하다. 그러나, 포토마스크의 굽음이나 대상 기판의 기복 등의 영향으로 포토마스크와 대상 기판 사이에 접촉이 발생하면, 포토마스크의 오염이나 상처, 성막 불량 등의 문제가 발생한다. 특히 포토마스크가 오염된 경우에는, 그 때마다 포토마스크를 교환할 필요가 생겨, 생산 효율이 나쁘게 되며, 비용적으로도 불리하기 때문에, 포토마스크와 대상 기판 사이는 소정의 간격을 두어 노광할 필요가 있다. 또한, 상술한 기판 재료의 대형화에 따라, 포토마스크의 굽음이나 대상 기판의 기복은, 보다 커지는 경향에 있어, 포토마스크와 대상 기판의 간격을 더욱 크게 할 필요가 생긴다. 이것은, 마스크 패턴의 고정밀화에 따라서, 대상 기판상에 형성되는 박막 패턴에 대한 회절광의 영향을 크게 하는 원인이 되고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 대규모화한 포토리소그래피 공정에 적용할 수 있으며 동시에, 단일 프로세스에 의해서 다단 구조를 갖는 박막 패턴을 효율적으로 양호하게 형성하며, 또한 박막 패턴의 형상으로 상술한 막감소 단차를 이용할 수 있는 포토리소그래피용 마스크 및 이 포토리소그래피용 마스크를 사용한 박막 형성 방법을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 이러한 박막 형성 방법을 실시하여 기판상에 박막 패턴을 형성한 액정 표시 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하는 본 발명에 따른 포토리소그래피용 마스크는, 차광 영역과, 상이한 광 투과율을 갖는 복수의 투과 영역이 설치되어 있고, 이들 복수의 투과 영역중 인접하는 투과 영역을 통과하는 광의 위상 차가(-1/4+2m)π이상, (1/4+2m)π이하(단지, m은 정수)로 된다.
또한, 본 발명에 따른 박막 형성 방법은, 상술한 포토리소그래피용 마스크를 사용하고, 박막 형성 대상과 포토리소그래피용 마스크를 50㎛에서 500㎛ 사이의 크기의 간격을 두어 배치하여 노광을 행한다.
또한, 본 발명에 따른 액정 표시 장치 및 액정 표시 장치의 제조 방법은, 상술한 박막 형성 방법을 포토리소그래피 공정으로서 실시하여, 박막 형성 대상 상에 다단 구조를 갖는 박막을 형성한다.
상술한 본 발명에 따른 포토리소그래피용 마스크, 박막 형성 방법, 액정 표시 장치 및 액정 표시 장치의 제조 방법은, 인접하는 투과 영역을 통과하는 광의 위상 차를 소정 범위 내에 규제하여 회절광의 간섭에 의한 노광광의 강도의 저하를 억제함으로써, 박막 패턴에 생기는 막감소 단차를 작게 억제한다. 이 때문에, 본 발명에 따른 포토리소그래피용 마스크, 박막 형성 방법, 액정 표시 장치 및 액정 표시 장치의 제조 방법에 따르면, 성막 불량을 생기게 하지 않고서 다단 구조를 갖는 박막 패턴이 단일 프로세스로서 형성된다.
또한, 본 발명에 따른 박막 형성 방법, 액정 표시 장치 및 액정 표시 장치의 제조 방법에 의하면, 포토리소그래피용 마스크와 박막 형성 대상 사이에 50㎛에서 500㎛ 사이의 크기의 비교적 큰 간격을 가지고 포토리소그래피 공정이 행해진다. 따라서, 대형 기판을 이용하는 경우 등에 있어서도 기판 재료와 포토마스크의 접촉을 방지할 수 있어, 대규모화한 포토그래피 공정에 대응 가능하게 된다.
한편, 본 발명에 따른 포토그래피용 마스크는, 차광 영역과, 복수의 투과 영역을 포함하고, 이들 복수의 투과 영역 중 인접하는 투과 영역을 통과하는 광의 위상 차가 임의로 설정된다.
또한, 본 발명에 따른 박막 형성 방법은, 포토리소그래피용 마스크와 박막 형성 대상을 50㎛에서 500㎛ 사이의 크기의 간격을 사이에 두고 배치하여, 상술한 포토리소그래피용 마스크를 사용하여 노광을 행한다.
또한, 본 발명에 따른 액정 표시 장치 및 액정 표시 장치의 제조 방법은, 상술한 박막 형성 방법을 포토리소그래피 공정으로서 실시하여, 박막 형성 대상 상에 다단 구조를 갖는 박막을 형성한다.
상술한 본 발명에 따른 포토리소그래피용 마스크, 박막 형성 방법 액정 표시 장치 및 액정 표시 장치의 제조 방법은, 인접하는 투과 영역을 통과하는 광의 위상 차를 임의로 설정함으로써, 회절광의 간섭에 의해 저하하는 노광광을 이용하여 원하는 막감소 단차가 박막 패턴에 형성된다. 이 때문에, 본 발명에 따른 포토리소그래피용 마스크, 박막 형성 방법 액정 표시 장치 및 액정 표시 장치의 제조 방법에 따르면, 포토그래피용 마스크에 설치된 투과 영역의 수 이상의 수의 단차를 갖는 다단 구조의 박막 패턴이 단일 프로세스로서 효율적으로 형성된다.
또한, 본 발명에 따른 박막 형성 방법 액정 표시 장치 및 액정 표시 장치의 제조 방법에 따르면, 포토리소그래피용 마스크와 박막 형성 대상 사이에 50㎛에서 500㎛ 사이의 크기의 비교적 큰 간격을 제공하여 포토리소그래피 공정이 행해진다. 따라서, 대형 기판을 이용하는 경우 등에 있어서도 기판 재료와 포토마스크의 접촉을 방지할 수 있어, 대규모화한 포토그래피 공정을 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명을 적용한 포토마스크를 이용하여 행하는 포토리소그래프 공정을 설명하기 위한 도면.
도 2는 상기 포토마스크의 저면도.
도 3은 상기 포토마스크를 투과하는 투과광의 상태를 설명하기 위한 도면.
도 4는 상기 포토마스크를 투과하는 투과광의 강도 분포를 도시하는 특성도.
도 5는 도 4에 도시하는 빛 강도 분포로서 성막되는 박막 패턴의 단면도.
도 6은 상기 포토마스크를 투과하는 투과광의 강도 분포를 도시하는 특성도.
도 7은 도 6에 도시하는 광 강도 분포로서 성막되는 박막 패턴의 단면도.
도 8a 내지 8d는 상기 포토마스크를 투과하는 투과광의 강도 분포를 도시하는 특성도.
도 9는 투과부와 반 투과부의 위상 차를 일치시킨 포토마스크를 이용하여 성막되는 박막 패턴의 구체예를 도시하는 단면도.
도 10은 상기 포토마스크를 이용하여 성막되는 박막 패턴의 다른 구체예를 도시하는 단면도.
도 11은 상기 포토마스크를 이용하여 성막되는 박막 패턴의 또 다른 구체예를 도시하는 단면도.
도 12는 투과부와 반 투과부의 위상 차를 임의로 설정한 포토마스크를 이용하여 성막되는 박막 패턴의 구체예를 도시하는 단면도.
도 13은 상기 포토마스크를 이용하여 성막되는 박막 패턴의 다른 구체예를 도시하는 단면도.
도 14a 내지 14c는 본 발명에 따른 박막 형성 방법의 성막 공정을 설명하기 위한 단면도.
도 15는 본 발명을 적용한 액정 표시 장치의 개략 구성을 나타내는 단면도.
이하, 본 발명이 구체적인 실시 형태에 대하여 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
포토마스크(1)는, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 3종의 상이한 투과율을 갖는 영역, 구체적으로는 하나의 차광 영역과 두개의 투과 영역이 투명한 마스크 기판(2)상에 형성되어 있다. 노광광 L의 투과율이 0% 혹은 0%에 가까운 차광부(3)와, 노광광 L의 투과율이 0% 내지 100%의 사이에 설정된 반 투과부(4)와, 노광광 L의 투과율이 100% 혹은 100%에 가까운 투과부(5)가 있다. 여기서, 차광부(3), 반 투과부(4) 및 투과부(5)의 투과율은, 마스크 기판(2) 자체의 노광광 L의 투과율을 100%로 한 경우에 있어서의 상대적인 투과율이다. 포토마스크(1)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 포토리소그래피 공정에 있어서 기판(11)상에 네가티브형의 감광성 재료를 도포하여 형성된 레지스트층(12)을 노광하여 박막 패턴(13)을 얻을 때에 사용된다. 여기서, 네가티브형의 감광성 재료의 사용을 전제로 설명하고 있지만, 포토마스크(1)의 차광 및 투과의 관계를 스위칭함으로써, 포지티브형의 감광성 재료에 대해서도 적용할 수 있다.
마스크 기판(2) 상에 차광막이 형성되는 경우, 차광부(3)는 노광광 L의 투과율을 0% 혹은 0%에 가까운 수치로 형성된다. 차광막으로서는, 예를 들면, 금속 크롬 등의 투과율이 낮은 박막을 이용한다.
반 투과막, 예를 들면 흡수에 의한 저 투과율의 막이나 다층막을 마스크 기판(2) 상에 형성함으로써, 투과율이 낮은 반 투과부(4)가 형성된다. 반 투과막으로서는, 예를 들면 산화 크롬 등의 산화막 등을 이용한다. 또, 반 투과부(4)의 투과율은 포토리소그래피 공정에 있어서 형성되는 박막의 두께, 감광 재료의 종류 등에 따라서 임의로 설정된다.
투과부(5)는, 상술한 차광부(3)나 반 투과막(4)을 형성하는 막과 같은 박막이 형성되지 않은 개구 패턴으로 되어 있다.
상술한 구조를 갖는 포토마스크(1)를 이용하여 포토리소그래피 공정을 행하는 경우에, 포토마스크(1)와 기판(11)의 사이에, 일정한 간격(이하, 이 간격을 "프린트 갭"이라 칭한다)이 형성된다. 포토마스크(1)의 사이즈에 대하여 프린트 갭이 어느 정도 이상의 크기가 되는 경우, 반 투과부(4)와 투과부(5)를 투과한 노광광은 강하게 회절된다. 이러한 회절의 영향을 받으면, 도 3에 도시한 바와 같이, 반 투과부(4)를 투과하는 노광광 La와 인접하는 투과부(5)를 투과하는 노광광 Lb가 회절되는 경우, 그 회절광들(La' 및 Lb')은 반 투과부(4)와 투과부(5)의 경계 부분에서 간섭하고 중첩되어, 노광광 Lc가 생긴다. 회절광 La' 및 Lb'의 간섭이 서로를 강화하는 경우에는 노광광 Lc의 강도가 낮지 않다. 그러나 서로를 약하게 하는 경우에는 노광광의 강도가 낮다. 회절의 영향에 의해 노광광 Lc의 강도가 낮은 경우에는, 노광 후의 현상 시에 노광광 Lc이 조사되어 있던 부분의 레지스트층(12)에 막감소 단차가 형성되어, 성막 불량이 생긴다. 또한, 레지스트 재료의 감도 특성에 따라서, 조도는 잔류 막의 한계 조도 이하로 되어 막이 손실되고, 즉, 잔류 막이 없는 상태나, 레지스트층(12) 부분 내지 전체가 불량하게 제거되는 상태가 된다.
포토마스크(1)에 있어서는, 반 투과부(4)에 형성하는 반 투과막의 막 두께 및 굴절율이 규정되어, 상술한 반 투과부(4)와 투과부(5)의 경계 부분에서의 회절광의 간섭이 서로를 약하게 하고 있다. 이하, 시뮬레이션에 기초하여 반 투과부(4)를 형성하는 반 투과막의 막 두께 및 굴절율의 확인을 설명한다.
반 투과부(4)의 투과율을 투과부(5)의 50%로 설정한 포토마스크(1)를 상정한다. 이러한 포토마스크(1)에 있어서는, 반 투과부(4)를 투과하는 광과 투과부(5)를 투과하는 광의 위상의 어긋남이 없어지도록 하면(Φ= 0), 회절광은 서로를 강화시킨다. 따라서, 도 4의 특성도에 도시한 바와 같이, 반 투과부(4)와 투과부(5)의 경계 부분에서의 노광광 Lc의 강도는 낮지 않다. 이러한 경우, 기판(11)상에는, 도 5에 도시한 바와 같이, 반 투과부(4)와 투과부(5)의 경계 부분에서의 노광광 Lc이 조사된 부분에 막감소 단차가 없는 양호한 박막 패턴(13)이 형성된다.
이에 반하여, 반 투과부(4)를 투과하는 광과 투과부(5)를 투과하는 광의 위상이 반 파장분 어긋나서, 즉 위상 차 Φ= π가 되는 경우에는, 상호 간섭하여 회절광이 약하다. 따라서, 도 6의 특성도에 도시한 바와 같이, 반 투과부(4)와 투과부(5)의 경계 부분에서의 노광광 Lc의 강도가 낮다. 이러한 경우, 기판(11)상에는, 도 7에 도시한 바와 같이, 노광광 Lc이 조사되는 부분에, 막감소에 따라서 막 두께가 극단적으로 얇은 부분이 발생되어, 성막 불량이 발생한다.
도 8a 내지 도 8d(도 8d는 반 투과부(4)를 형성하는 반 투과막의 막 두께를 도시한다)는, 반 투과부(4)를 투과한 노광광 La와 투과부(5)를 투과한 노광광 Lb의 위상 차를 변화시키는 경우의 노광광 L의 강도 분포를 나타내고 있다. 이 도 8a 내지 도 8d, 도 4 및 도 6의 특성도를 얻기 위해 사용되는 각 노광광 L에 의해, 각 박막 패턴에 생긴 막감소 단차가 검사된다. 위상 차 Φ= 0(도 4), 위상 차 Φ= 1/8π(도 8a) 및 위상 차 Φ= 1/4π(도 8b)의 경우, 단차가 작아서 사용시에 무시될 수 있다. 그러나 위상 차 Φ= π(도 6), 위상 차 Φ= 1/2π(도 8c) 및 위상 차 Φ= 3/4π(도 8d)의 경우, 단차가 커서 성막 불량이 생기게 된다. 이 결과, 반 투과부(4)를 투과한 광과 투과부(5)를 투과한 광의 위상 차 Φ가 이하의 수학식 (1)의 범위 내인 경우에는 성막 불량의 없는 양호한 박막 패턴(13)이 형성된다고 판단할 수 있다.
Figure pat00001
상술한 바와 같은 성막 불량을 해소하기 위해서, 포토마스크(1)에 있어서는, 반 투과부(4)와 투과부(5)의 각각을 투과한 광의 위상 차 Φ가 기판(11)상에서 상기 수학식(1)의 범위 이내가 되도록, 반 투과부(4)를 형성하는 반 투과막의 광학 특성을 설정한다. 이하에서, 반 투과부(4)를 형성하는 반 투과막의 굴절율 및 막 두께의 설정예를 나타낸다. 여기서, 반 투과부(4)를 형성하는 반 투과막에는 다중 반사의 영향이 없는 것으로 가정한다.
반 투과부(4) 및 투과부(5)의 각각을 투과하는 광이 반 투과부(4)를 형성하는 반 투과막의 막 두께와 동일한 거리 d를 진행할 때의 위상의 회전을 Φ1, Φ2으로 하면, 각각의 투과한 광의 위상 차는, 이하의 수학식(2)과 같아진다.
Figure pat00002
상기 수학식(2)으로서 표시된 위상 차가 파장의 정수배(이하에 기술하는 수학식(3))일 때에 광들은 위상이 일치(Φ= 0)한다. 위상 차가 반 파장의 홀수배(이하에 기술하는 수학식(4))일 때 광들은 역상(Φ= π)이 된다.
Figure pat00003
Figure pat00004
따라서, 반 투과부(4)를 형성하는 반 투과막을 상기 수학식(3)에 도시한 바와 같은 동상(in-phase) 조건을 충족시키도록 형성함으로써, 반 투과부(4)와 투과부(5)의 경계 부분의 막감소 단차가 작은 양호한 박막 패턴(13)을 기판(11)상에서 얻을 수 있다. 구체적으로는, 반 투과막의 굴절율을 n2, 막 두께를 d로 하였을 때에, 노광에 이용하는 광의 파장 λ에 대하여, 이하에 도시하는 수학식(5)가 성립하도록 굴절율 및 막 두께로 반 투과막을 설계한다. 이 경우, 수학식(5) 중에서 n1은 공기층의 굴절율이다. 위상 차를 조정하기 위해, 공기층을 대신해서 투과 부분에 다른 투과막을 형성해도 좋다.
Figure pat00005
따라서, 상기 수학식(1)에 도시하는 조건을 충족시키기 위해서는, 이하에 도시하는 수학식(6)을 만족하도록, 반 투과막의 굴절율 및 막 두께를 설정한다.
Figure pat00006
실제로는, 반 투과부(4)를 형성하는 반 투과막의 투과율은, 용도 등에 맞추어 0% 내지 100%의 사이에서 조정될 필요가 있다. 투과율의 조정 방법으로서는, 반 투과막의 흡광율(감쇠 계수)를 조작하는 방법 및 다중 반사에 의한 간섭 필터를 형성하는 방법이 있다. 다중 반사가 있는 경우에는 위상의 회전을 받기 때문에 주의가 필요하다. 이 경우, 수학식(6)에 도시하는 조건으로부터 어긋남이 생기기 때문에, 최종적으로는 수학식(1)에 도시하는 조건을 충족시키도록 반 투과막의 막 두께, 굴절율 및 감쇠 계수를 설계한다. 또, 흡광율을 조작하는 경우에 반 투과막 자체의 흡수가 충분히 큰 경우에는, 위상이 회전되지 않아 다중 반사광은 무시할 수 있다. 따라서, 수학식(6)의 조건을 적용할 수 있다.
상술한 바와 같이 반 투과부(4)를 형성하는 반 투과막의 막 두께 및 굴절율이 규정된 포토마스크(1)는, 회절의 영향에 의한 불필요한 단차를 억제하여, 성막 불량의 발생을 방지할 수 있다. 이러한 포토마스크(1)는, 도 9 및 도 10에 도시하는 형상의 박막 패턴(13)을 포토리소그래피 공정으로서 형성하는 경우에 사용할 수 있다. 도 9에 도시한 바와 같은 박막 패턴(13)은, 예를 들면 액정 표시 장치에서의 셀 갭을 구성하기 위한 스페이서가 되는 돌기부(13a)와, 컬러 필터 또는 평탄화막이 되는 평탄부(13b)를 동시에 형성하는 경우에 형성될 수 있다. 또한, 도 10에 도시한 바와 같은 박막 패턴(13)은, ASM 모드나 MVA 모드 등의 돌기물을 사용한 액정의 배향 모드를 이용하는 액정 표시 장치에 있어서, 배향벽이 되는 돌기부(13a)와, 컬러 필터, 평탄막, 스페이서 등이 되는 평탄부(13b)를 동시에 형성하는 경우에 형성될 수 있다.
또한, 상술한 포토마스크(1)에 있어서는, 반 투과부(4)와 투과부(5)라는 2 종류의 투과 영역을 갖는 것으로 설명하였지만, 또한 제2 반 투과부를 추가하여 도 11에 도시한 바와 같은 형상, 구체적으로는 3단 구조를 갖는 박막 패턴(13)을 형성할 수 있다. 도 11에 도시하는 박막 패턴(13)은, 스페이서나 배향벽이 되는 제1 돌기부(13c) 및 제2 돌기부(13d)를 평탄화막이 되는 평탄부(13e) 상에 동시에 형성하는 경우에 형성될 수 있다. 또, 포토마스크(1)는, 상술한 2단 구조, 3단 구조의 박막 패턴에 한정되지 않고, 투과 영역의 수, 투과율 등의 조건을 다양하게 변경함으로써 다양한 형상의 박막 패턴을 얻을 수 있다.
또, 상술한 포토마스크(1)에 있어서의 막 두께 및 굴절율은 회절의 영향에 의한 불필요한 단차를 생기지 않게 하기 위해 위상 차를 일정 범위 이내로 하도록 규정된다. 그러나 보다 복잡한 단차를 갖는 패턴이나, 엣지를 강조하는 구조를 갖는 패턴을 기판(11)상에 형성하는 경우에는, 반대로 회절의 영향에 의해 형성되는 단차를 적극적으로 이용할 수도 있다. 구체적으로는, 반 투과부(4)를 투과하는 광과 투과부(5)를 투과하는 광의 위상 차를 변경하여, 상기 수학식(1)의 범위 이외가 되도록 임의로 설정함에 의해 해당 경계부에서의 노광광 Lc의 강도를 조절하여, 반 투과부(4)와 투과부(5)의 경계부에서 발생되는 막감소 단차를 박막 패턴(13)의 형상으로서 이용하는 것이다. 이와 같이, 막감소 단차를 이용하여 박막 패턴(13)의 형상으로 하는 것으로, 포토마스크(1)에 설치된 투과 영역의 수 이상의 수의 단차를 형성할 수 있다. 이러한 포토마스크(1)는, 도 12 및 도 13에 도시하는 형상의 박막 패턴(13)을 포토리소그래피 공정으로서 형성하는 경우에 사용할 수 있다. 도 12에 도시하는 박막 패턴(13)은, 반 투과부(4)의 투과율을 투과부(5)의 투과율과 거의 동일하게 설정하고, 위상만을 예를 들면, 반 파장 변이하여 형성될 수 있다. 또한, 반 투과부(4)의 투과율을 투과부(5)의 투과율과 다르도록 임의로 설정하고, 양자를 투과하는 노광광의 파장도 임의로 변화시킴에 의해, 도 13에 도시한 바와 같은 복잡한 형상의 박막을 성막할 수 있다.
상술한 구조를 갖는 포토마스크(1)를 사용한 박막 형성 방법에 대하여, 이하에 설명한다. 이하에 도시하는 본 실시예에서, 기판(11) 상에 2단 구조를 갖는 박막 패턴(13)을 형성하는 경우에 대해 설명한다.
우선, 도 14a에 도시한 바와 같이, 기판(11)상에 네가티브형의 감광성 재료가 도포되어, 레지스트층(12)이 형성된다. 그리고, 포토마스크(1)가 기판(11)에 대하여 배열되고, 그 후에 도 14b에 도시한 바와 같이, 레지스트층(12)에 노광광 L을 조사한다. 이 때, 포토마스크(1)는, 박막 형성 대상, 구체적으로는 기판(11)상에 형성된 레지스트층(12)으로부터 50㎛에서 500㎛ 사이의 크기의 프린트 갭을 설치하여 배치된다. 그 후, 세정액으로써 세정하여 미 노광 부분을 제거하여, 도 14c에 도시한 바와 같이, 원하는 박막 패턴(13)을 얻는다. 또, 여기서는 박막 형성의 절차를 간단히 설명하였지만, 프린트 갭 이외의 여러가지 조건, 예를 들면 기판(11)상에 도포되는 감광성 재료나 세정 시의 세정액 등은, 형성하는 박막의 종류 등에 따라서, 공지된 재료, 세정액 등을 적절하게 선택하여 사용할 수 있다.
상술한 박막 형성 방법은, 포토마스크(1)의 반 투과부(4)와 투과부(5)의 투과율비, 기판(11)상에 도포하는 감광성 재료의 감도 특성의 조합을 바꾸는 것에 의해, 여러가지 두께의 조합을 갖는 박막을 단일 프로세스로 작성할 수 있고, 동일한 재질로 또한 복수의 막 두께가 요구되는 경우에 적용할 수 있다.
또한, 상술한 박막 형성 방법은, 포토마스크(1)와 박막 형성 대상 사이에 50㎛에서 500㎛ 사이의 크기의 비교적 큰 간격을 설치하여 노광 처리가 행하여지기 때문에, 대형의 기판을 이용하는 경우 등에 있어서도 포토마스크(1)와, 기판(11)이나 이 위에 형성된 레지스트층(12)의 접촉을 방지할 수 있어, 대규모화한 포토그래피 공정에 대응할 수 있다.
또, 상술한 박막 형성 방법과 동일한 프로세스에 의해, 포토마스크(1)의 반 투과부(4)와 투과부(5)를 투과하는 노광광의 위상을 변경하는 경우에는, 포토마스크(1)의 영역의 수 이상의 단차를 갖는 형상의 패턴을 얻을 수 있다.
상술한 박막 형성 방법을 포토리소그래프 공정으로서 실시하는 액정 표시 장치의 제조 방법에 대하여 설명한다. 액정 표시 장치(20)에는, 도 15에 도시한 바와 같이, 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 각 색에 대응하는 컬러 필터(21R, 21G, 21B)가 형성된다. (컬러 필터들이 각 색에 대하여 구별될 필요가 없는 경우에는 컬러 필터(21)라 칭한다.) 또한, 제1 기판(24)과 제2 기판(27)이 그 사이에 액정을 끼워 대향하여 배치된다. 유기 투명 수지로 이루어지는 평탄화층(22) 및 ITO 막 등의 도전성 박막으로 이루어지는 대향 전극(23)이 제1 기판(24) 상에 형성된다. 반사판과 화소 전극의 기능을 겸하는 반사 전극(25) 및 ITO 막 등의 도전성 박막으로 이루어지는 투명 전극(26)이 제2 기판(27) 상에 형성된다. 이 액정 표시 장치(20)는, 컬러 필터(21R, 21G 및 21B)가 투명 전극(26)과 대향하는 위치에 각각의 투과용 필터부(21Ra, 21Ga, 21Ba)와, 각각의 반사용 필터부(21Rb, 21Gb, 21Bb)를 갖는 2단 구조로 형성된다. 투과용 필터부(21Ra, 21Ga, 21Ba)는 각각 반사용 필터부(21Rb, 21Gb, 21Bb)보다 한 단 높게 형성된다. 반사용 필터부(21Rb, 21Gb, 21Bb)는 각각의 투과용 필터부(21Ra, 21Ga, 21Ba)의 양쪽에 한 단 낮게 형성된다. 투과용 필터부(21Ra, 21Ga, 21Ba)와 반사용 필터부(21Rb, 21Gb, 21Bb)는 통합적으로 형성된다.
액정 표시 장치(20)는, 광을 투과하는 투과형 표시 구조부와, 광을 투과하지 않은 반사형 표시 구조부를 갖기 때문에, 투과형 표시와 반사형 표시 양쪽을 행할 수 있다. 이에 따라, 예를 들면, 주위가 밝은 장소에서는 반사형 표시 구조부에서 표시 화상을 인식할 수 있고, 어두운 곳 등에서는 투과형 구조부를 주로 사용하고 반사형 구조부를 병용하여 표시 화상을 인식할 수 있다. 개개의 투과용 표시부(21Ra, 21Ga, 21Ba)가 각각의 반사용 표시부(21Rb, 21Gb, 21Bb)와 두께가 다르게 컬러 필터(21)를 형성함으로써, 투과에 의한 표시와 반사에 의한 표시 모두에서 적절한 투과율 및 색도의 표시를 행할 수 있다.
도 15에서 자세한 도시는 생략하지만, 복수의 주사선과 복수의 기준 신호선, 공통배선 및 박막 트랜지스터들(TFT)이 제2 기판(27)에 형성된다. 주사선들은 상호간에 대략 평행하게 배치된다. 기준 신호선들 및 주사선들은 교대로 배치된다. 공통 배선은 기준 신호선들을 함께 접속한다. 박막 트랜지스터들(TFT)은 각각의 반사 전극(25)마다 제공되고, 반사 전극(25)을 선택적으로 구동하는 3 단자 스위칭 소자이다.
상술한 바와 같은 구성을 갖는 액정 표시 장치(20)에서, 포토리소그래피 공정에 있어서 상술한 포토마스크(1)를 사용한 박막 형성 방법이 실시되어, 2단 구조의 컬러 필터(21R, 21G, 21B)가 형성된다. 이 포토리소그래피 공정에 있어서는, 원하는 색의 안료를 첨가한 네가티브형 포토레지스트를 사용하여, 각각의 색에 대하여 컬러 필터(21R, 21G, 21B)가 형성된다. 우선, 제1 기판(24) 상에, 적색 안료를 첨가한 컬러 레지스트를 원하는 소정의 두께로 도포하여, 적색 레지스트막을 형성한다. 다음에, 적색 레지스트막의 소정 영역, 즉, 컬러 필터(21R)로서 남기는 영역을, 그 전면 측으로부터 포토마스크(1)를 이용하여 노광 처리하여, 적색 레지스트막의 노광 영역을 경화시킨다. 이후, 적색 레지스트막의 노광 영역을 현상 처리하여, 미 노광 영역을 제거한다. 여기서, 반 투과부(4)를 통과하는 노광광과 투과부(5)를 통과하는 노광광이 동상이 되도록, 반 투과막이 반 투과부(4)를 형성하기 때문에, 막감소 단차에 의한 성막 불량의 없는 양호한 2단 구조의 패턴을 얻을 수 있다. 제1 기판(24) 상에 잔존한 2단 구조의 적색 레지스트막은 컬러 필터(21R)이다. 그 후, 컬러 필터(21R)와 같이, 녹색 안료를 첨가한 컬러 레지스트를 도포하여 노광, 현상 처리하고, 계속해서 청색 안료를 첨가한 컬러 레지스트를 도포하여 노광, 현상 처리함으로써, 컬러 필터(21G, 21B)를 순차 형성한다.
상술한 바와 같이, 포토마스크(1)를 사용한 박막 형성 방법을, 액정 표시 장치(20)를 제조할 때의 포토리소그래프 공정에 있어서 실시함으로써, 투과 반사 병용형의 액정 표시 장치에서의 2단 구조의 투과용, 반사용 컬러 필터를 단일 프로세스로 형성할 수 있다. 이 때문에, 상술한 액정 표시 장치(20)의 제조 방법은, 프토리소그래피 공정의 수가 감소하여, 생산 효율이 향상된다.
또한, 상술한 액정 표시 장치(10)의 제조 방법에 따르면, 포토마스크(1)와 박막 형성 대상 사이에 50㎛에서 500㎛ 사이의 크기의 비교적 큰 간격을 제공하여 포토리소그래피 공정이 행해지기 때문에, 대화면의 액정 표시 장치의 제조 프로세스에 있어서도 포토마스크(1)와, 기판(11)이나 이 위에 형성된 레지스트층(12)의 접촉을 방지할 수 있다.
이상, 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 포토리소그래프용 마스크에 따르면, 상이한 투과율을 갖는 복수의 투과 영역을 통과하는 광이 동상이 되도록 투과 영역을 형성하는 투과막의 구조, 구체적으로는 막 두께나 굴절율 정하여, 이들 투과 영역의 경계 부분에서의 회절광의 간섭에 의한 노광광의 강도 저하가 방지된다. 따라서, 본 발명에 따른 포토리소그래피용 마스크에 따르면, 막감소 단차가 억제된 복수 단차를 갖는 박막을 단일 프로세스로서 양호하게 형성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 박막 형성 방법, 액정 표시 장치 및 액정 표시 장치의 제조 방법에 따르면, 상술한 구성을 갖는 포토리소그래프용 마스크를 사용하여 유리 기판 등의 박막 형성 대상 상에 박막 패턴을 형성함으로써, 복수단을 갖는 박막을 단일 프로세스로서 성막 불량이 없이 양호하게 얻을 수 있어, 액정 표시 장치의 생산성을 향상시키고, 비용을 감소시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 박막 형성 방법, 액정 표시 장치 및 액정 표시 장치의 제조 방법에 따르면, 상술한 구성을 갖는 포토리소그래피용 마스크를 사용하여, 포토리소그래프용 마스크와 박막 형성 대상 사이에 50㎛에서 500㎛ 사이의 크기의 비교적 큰 간격을 제공함으로써, 마스크와 박막 형성 대상의 접촉을 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 박막 형성 방법, 액정 표시 장치 및 액정 표시 장치의 제조 방법에 따르면, 대형의 기판 재료가 이용되는 등의 대규모 포토리소그래피 공정을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 포토리소그래프용 마스크에 따르면, 복수의 투과 영역을 통과하는 광의 위상 차를 임의로 설정함으로써, 복잡한, 예를 들면 미세한 단차를 갖는 구조를 갖는 박막 패턴을 단일 프로세스로서 양호하게 형성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 박막 형성 방법, 액정 표시 장치 및 액정 표시 장치의 제조 방법에 따르면, 상술한 구성을 갖는 포토리소그래프용 마스크를 사용함으로써, 복잡한 구조를 갖는 박막 패턴을 단일 프로세스로서 간단하게 얻을 수 있어, 액정 표시 장치의 생산성이 향상되고, 비용이 감소된다. 또한, 본 발명에 따른 박막 형성 방법, 액정 표시 장치 및 액정 표시 장치의 제조 방법에 따르면, 상술한 포토리소그래프용 마스크를 사용함으로써, 포토리소그래프용 마스크와 박막 형성 대상 사이에 50㎛에서 500㎛ 사이이라는 비교적 큰 간격을 제공하여 노광이 행하여진다. 따라서, 본 발명에 따른 박막 형성 방법, 액정 표시 장치 및 액정 표시 장치의 제조 방법에 따르면, 마스크와 박막 형성 대상의 접촉을 방지하여, 대형의 기판 재료가 이용되는 등의 대규모 포토리소그래피 공정을 수행할 수 있다.
1 : 포토마스크 2 : 마스크 기판
3 : 차광부 4 : 반 투과부
5 : 투과부 20 : 액정 표시 장치

Claims (4)

  1. 차광 영역과, 상이한 투과율을 갖는 복수의 투과 영역이 설치되고, 해당 복수의 투과 영역 중 인접하는 투과 영역을 투과하는 광의 위상차가 소정 범위로 설정된 포토 리소그래피용 마스크를 이용하여 노광하고,
    상기 인접하는 투과 영역의 경계부에 생기는 막감소 단차를 이용함으로써, 상기 투과 영역의 수 이상의 단차를 갖는 박막 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 포토리소그래피용 마스크는 박막 형성 대상과의 사이에 50㎛에서 500㎛ 사이의 크기의 간격을 두고 배치되는 박막 형성 방법.
  3. 액정 표시 장치의 제조 방법으로서,
    차광 영역과, 상이한 투과율을 갖는 복수의 투과 영역이 설치되고, 해당 복수의 투과 영역 중 인접하는 투과 영역을 투과하는 광의 위상차가 소정 범위로 설정된 포토 리소그래피용 마스크를 이용하여 노광이 수행되는 포토리소그래피 공정을 수행하는 단계
    를 포함하며,
    상기 인접하는 투과 영역의 경계부에 생기는 막감소 단차를 이용함으로써, 상기 투과 영역의 수 이상의 단차를 갖는 박막 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 포토리소그래피용 마스크는 박막 형성 대상과의 사이에 50㎛에서 500㎛ 사이의 크기의 간격을 두고 배치되는 액정 표시 장치의 제조 방법.
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