KR20110104224A - 하프-톤 마스크를 적용한 표시패널 제작용 미세패턴 마스크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 표시 패널을 제작하기 위해 대면적 기판에 미세 패턴을 형성하기 위한 마스크에 관한 것이다. 본 발명에 의한 미세패턴 마스크는, 제1 폭을 갖는 몸체부; 상기 몸체부의 양 측면 각각에 제1 폭을 갖고 부착된 이등변 삼각형 형상을 갖는 날개부; 그리고 상기 몸체부의 양 측면 각각에 제3 폭을 갖고 부착된 하프-톤부를 포함한다. 본 발명에 의한 하프-톤부를 포함하는 미세패턴 마스크로 수평 전계형 액정표시장치를 제조하면, 노광기가 발휘하는 해상도에 의한 선폭의 35% 내지 50%에 해당하는 선폭을 갖는 화소전극과 공통전극을 형성하여, 개구율 및 광 투과율이 개선된 수평 전계형 액정표시장치를 제공할 수 있다.

Description

하프-톤 마스크를 적용한 표시패널 제작용 미세패턴 마스크{Fine Pattern Mask Using Half-Tone Mask For Manufacturing Display Panel}

본 발명은 미세패턴 마스크에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 표시 패널을 제작하기 위해 대면적 기판에 미세 패턴을 형성하기 위한 마스크에 관한 것이다.

최근, 음극선관(Cathode Ray Tube)의 단점인 무게와 부피를 줄일 수 있는 각종 평판 표시장치들이 개발되고 있다. 평판 표시장치에는 액정 표시장치 (Liquid Crystal Display: LCD), 전계 방출 표시장치(Field Emission Display: FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel: PDP) 및 전계발광소자 (Electroluminescence Device) 등이 있다.

액정 표시 장치는 전계를 이용하여 액정의 광투과율을 조절함으로써 화상을 표시하게 된다. 이러한 액정 표시 장치는 액정을 구동시키는 전계의 방향에 따라 수직 전계형과 수평 전계형으로 대별된다.

수직 전계형 액정 표시 장치는 상부기판 상에 형성된 공통전극과 하부기판 상에 형성된 화소전극이 서로 대향되게 배치되어 이들 사이에 형성되는 수직 전계에 의해 TN(Twisted Nemastic) 모드의 액정을 구동하게 된다. 이러한 수직 전계형 액정 표시 장치는 개구율이 큰 장점을 가지는 반면 시야각이 90도 정도로 좁은 단점을 가진다.

수평 전계형 액정 표시 장치는 하부 기판에 나란하게 배치된 화소 전극과 공통 전극 간의 수평 전계에 의해 인 플레인 스위칭(In Plane Switching ; IPS) 모드의 액정을 구동하게 된다. 이러한 수평 전계형 액정 표시 장치는 시야각이 170도 이상 넓다는 장점과, 수평 상태에서 스위칭 되므로 빠른 응답속도를 갖는 장점을 가진다. 이하, 수평 전계형 액정 표시 장치에 대하여 상세히 살펴보기로 한다. 도 1a는 종래 수평 전계형 액정표시패널을 나타내는 평면도이다. 도 1b는 도 1a에서 절취선 I-I'으로 자른 수평 전계형 액정표시패널의 구조를 나타내는 단면도이다.

도 1a 및 1b를 참조하면, 액정표시패널은 박막트랜지스터(TFT)가 형성된 박막트랜지스터 어레이 기판(TFTS)와, 칼라필터(CF) 및 블랙 매트릭스(BM)가 형성된 칼라필터 기판(CFS)과, 그 사이에 개재된 액정층(LC)을 포함한다. 수평 전계형 액정표시패널의 박막트랜지스터 어레이 기판은 하부 기판(SUBL) 상에 교차되게 형성된 게이트 라인(GL) 및 데이터 라인(DL)과, 그 교차부마다 형성된 박막 트랜지스터(TFT)와, 그 교차 구조로 마련된 화소 영역에 수평 전계를 이루도록 형성된 화소 전극(PXL) 및 공통 전극(COM)과, 공통 전극(COM)과 접속된 공통 라인(CL)을 구비한다.

박막트랜지스터(TFT)는 게이트 라인(GL)에서 분기된 게이트 전극(G)과, 게이트 전극(G)을 덮는 게이트 절연막(GI) 위에서 게이트 전극(G)과 중첩하도록 형성된 반도체 층(A)과, 데이터 라인(DL)에서 분기되며 반도체 층(A)의 일측단과 접촉하는 소스 전극(S)과, 소스 전극(S)과 대향하며 반도체 층(A)의 타측단과 접촉하는 드레인 전극(D)을 포함한다. 그리고, 박막트랜지스터(TFT) 위에는 보호막(PASSI)이 형성되어 박막트랜지스터(TFT)를 보호한다. 보호막(PASSI) 위에는 화소전극(PXL)이 형성된다.

게이트라인(GL)은 박막트랜지스터(TFT)의 게이트전극(G)에 게이트신호를 공급한다. 데이터라인(DL)은 박막트랜지스터(TFT)의 드레인전극(D)을 통해 화소전극(PXL)에 화소신호를 공급한다. 게이트라인(GL)과 데이터라인(DL)은 교차구조로 형성되어 화소영역을 정의한다. 공통라인(CL)은 화소영역을 사이에 두고 게이트라인(GL)과 나란하게 형성되며 액정 구동을 위한 기준전압을 공통전극(PXL)에 공급한다.

박막트랜지스터(TFT)는 게이트 라인(GL)의 게이트 신호에 응답하여 데이터 라인(DL)의 화소 신호가 화소 전극(PXL)에 충전되어 유지되게 한다. 화소 전극(PXL)은 보호막(PASSI)에 형성된 콘택홀(CHD)을 통해 노출된 박막트랜지스터(TFT)의 드레인 전극(D)과 접속되어 화소 영역에 형성된다. 공통 전극(COM)은 공통 라인(CL)과 접속되어 화소 영역에 형성된다. 특히, 화소 전극(PXL)과 공통전극(COM)은 화소 영역 내에서, 서로 평행하도록 배치된다. 이를 위해, 공통전극(COM)은 화소 영역 내에서 수직 방향으로 일정 간격 떨어져 배열된 다수의 막대 모양을 구비하며, 화소전극(PXL)은 공통전극(COM)들 사이에서 배치되는 막대 모양을 다수 개 구비한다.

이에 따라, 박막트랜지스터(TFT)를 통해 화소 신호가 공급된 화소 전극(PXL)과 공통 라인(CL)을 통해 기준 전압이 공급된 공통 전극(COM) 사이에 수평 전계가 형성된다.

이러한 수평 전계에 의해, 박막 트랜지스터 어레이 기판(TFT)과 칼라필터 기판(CF) 사이에 개재된 액정층(LC)의 수평 방향으로 배열된 액정 분자들이 유전 이방성에 의해 회전하게 된다. 액정 분자들의 회전 정도에 따라 화소 영역을 투과하는 광 투과율이 달라지게 됨으로써 화상을 구현하게 된다.

상기 설명한 바와 같은 수평 전계형 액정표시장치에서 액정층(LC)을 구동하는 수평 전계 형성에 대하여 상세히 살펴보면 다음과 같다. 도 2는 도 1a의 절취선 II-II'으로 자른 단면으로, 수평 전계형 액정표시장치의 화소전극과 공통전극 사이에서 형성되는 수평 전계를 나타내는 개략도이다.

도 2를 참조하면, 화소전극(PXL)과 공통전극(COM)이 동일 평면상에서 수평 방향으로 나란하게 형성되어 있다. 화소전극(PXL)과 공통전극(COM) 사이에 직류 전압차이가 발생하면, 도 2의 가는 실선과 같이 전기장이 형성된다. 앞에서 설명했듯이, 화소전극(PXL)과 공통전극(COM)은 막대모양을 갖는다. 그리고, 화소전극(PXL)과 공통전극(COM)은 일정 간격으로 배치되어 있다.

현재 주력으로 생산하고 있는 수평 전계방식의 액정표시장치는, 도 2에 도시한 바와 같이, 화소전극(PXL)과 공통전극(COM)은 대략 4㎛ 정도의 선폭을 갖는 막대 형상을 갖는다. 그리고, 화소전극(PXL)과 공통전극(COM)은 선폭의 2.5~3배에 해당하는 10~12㎛ 정도의 간격을 갖도록 배열된다.

이러한 수치상의 규격은 평판 표시장치의 하나인 액정표시장치를 제조하기 위한 시스템의 성능에 의해 결정된 것이다. 즉, 대각 방향 20인치 이상인 대형 액정표시장치를 제조하기 위해서는 일변의 길이가 4M 정도인 대면적 유리 모기판 1장을 취급할 수 있는 포토 리소그래피(Photo-lithography) 장비가 필요하다. 일반적으로 포토리소그래피 장비는 마스크 관련 장비, 포토레지스터 도포기, 노광기, 포토레지스터 현상기 등과 같은 장비를 포함한다.

특히, 화소전극(PXL) 및 공통전극(COM)과 같은 표시소자를 구성하는 각종 패턴의 정확도 및 정밀도를 결정하는 것은 노광기이다. 즉, 노광기의 해상도에 따라서, 20인치 이상의 대면적 기판에 일정한 정밀도를 갖고 형성할 수 있는 패턴의 최적 및 최대 선폭이 결정된다.

예를 들어, 현재 최대 일변의 길이가 4m인 장방형 기판을 한번에 처리할 수 있는 노광기의 최대 최적 해상도는 4㎛ 정도이다. 즉, 한쪽 변의 길이가 최대 4m인 장방형 기판 전면에 걸쳐 오차 범위 ±5% 이내에서 균일한 선폭을 갖는 패턴들을 형성하고자 할 경우, 최소 선폭 값이 4㎛ 정도이다. 물론 4㎛보다 더 좁은 선폭을 형성할 수 있는 노광기를 제조할 수 없는 것은 아니지만, 처리 기판의 크기와의 상관 관계를 고려했을 때, 그 이상의 정밀도를 갖는 노광기를 제조하기에는 비용과 효율면에서 바람직하지 않다.

이와 같은 현재 최대 최적 해상도를 갖는 노광기를 이용하여 제조할 수 있는 액정표시장치, 특히 수평 전계 액정표시장치의 구조의 일례를 도 2에 나타내었다.

도 2에서 보는 바와 같이, 화소전극(PXL)과 공통전극(COM) 위에는 액정층(LC)을 구성하는 액정 분자(LCM)들의 초기 배향 상태를 결정하는 배향막(ALG)이 형성되어 있다. 화소전극(PXL)과 공통전극(COM) 사이에 전계가 형성되면, 액정 분자(LCM)들은 전계의 영향으로 수평면 상에서 재 정렬한다.

일반적으로, 액정 분자(LCM)들은 대개 수 나노미터의 길이를 갖는다. 따라서, 4㎛의 선폭을 갖는 화소전극(PXL)과 공통전극(COM) 위에도 많은 개수의 액정 분자(LCM)들이 위치한다.

이와 같은 상태에서, 화소전극(PXL)과 공통전극(COM) 사이에 수평 전계가 인가될 경우, 수평 전계는 화소전극(PXL)과 공통전극(COM)의 서로 가장 인접한 측면 사이에서 전계가 형성된다. 반면에, 화소전극(PXL)과 공통전극(COM) 바로 윗면에서는 수평 전계가 형성되지 않고, 거의 수직 방향으로만 약한 전계가 발생한다.

이 때, 도 2에서와 같이 화소전극(PXL)과 공통전극(COM) 위에 놓여 있는 액정 분자(LCM)들 대부분은 수평 전계에 의해 재 배열되지 않고, 배향막(ALG)에 의한 초기 배열 상태를 유지하게 된다. 화소전극(PXL)과 공통전극(COM) 사이의 액정 분자(LCM)들은 수평 전계에 의해 구동되어 표시 기능을 발휘한다. 하지만, 화소전극(PXL)과 공통전극(COM) 바로 위에 놓인 액정 분자(LCM)들은 수평전계에 의해 구동되지 않아 표시 기능을 발휘하지 못한다. 따라서, 화소전극(PXL)과 공통전극(COM)이 차지하는 부분은 비 표시영역(NDA)이 되며, 화소전극(PXL)과 공통전극(COM) 사이 공간만이 표시영역(DA)이 된다.

즉, 수직 전계 방식에서는 화소 영역 모두가 액정표시장치의 개구율을 결정하고, 휘도에 영향을 주지만, 수평 전계 방식에서는 화소 영역 중에서도 화소전극(PXL)과 공통전극(COM)이 차지하는 면적은 개구율 및 휘도에 기여하지 않는 영역이 된다. 이와 같이, 수평 전계형 액정표시장치에서는 화소전극(PXL) 및 공통전극(COM)을 투명 도전물질로 제조하더라도, 개구율 및 휘도를 저해하는 요인이 되고 있다.

본 발명의 목적은 상기 문제점들을 극복하기 위해 고안된 것으로, 수평전계형 액정표시장치의 화소 영역 내에서 화소전극과 공통전극이 차지하는 면적의 비율을 줄이는 데 있다. 본 발명의 다른 목적은, 수평전계형 액정표시장치의 화소 영역 내에서 화소전극과 공통전극이 차지하는 면적의 비율을 줄여 더 많은 액정 분자들을 구동하는 데 있다. 본 발명의 또 다른 목적은, 수평전계형 액정표시장치의 화소 영역 내에서 화소전극과 공통전극이 차지하는 면적의 비율을 줄여 개구율 및 휘도를 향상하는 데 있다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의한 미세패턴 마스크는, 제1 폭을 갖는 몸체부; 상기 몸체부의 양 측면 각각에 제1 폭을 갖고 부착된 이등변 삼각형 형상을 갖는 날개부; 그리고 상기 몸체부의 양 측면 각각에 제3 폭을 갖고 부착된 하프-톤부를 포함한다.

상기 미세패턴 마스크는, 표시패널 패턴용 노광기의 최적 해상도에 상응하는 최적선폭 값의 35% 내지 50%에 해당하는 최종 패턴선폭 값을 갖는 선형패턴을 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 폭은 상기 최종 패턴선폭 값의 40% 내지 60%이고; 상기 제2 폭은 상기 제1 폭의 90% 내지 110%이고; 상기 제3 폭은 상기 제2 폭의 40% 내지 50%인 것을 특징으로 한다.

상기 노광기의 최적 선폭 값이 4㎛이고, 최종 패턴선폭 값이 1.5~2.5㎛일 때, 상기 제1 폭은 0.8㎛ 내지 1.3㎛이고, 상기 제2 폭은 0.7㎛ 내지 1.4㎛이고, 상기 제3 폭은 0.3㎛ 내지 0.7㎛인 것을 특징으로 한다.

상기 제1 폭 및 상기 제2 폭은 상기 최종 패턴선폭 값의 25%이고; 상기 제3 폭은 상기 제2 폭의 50%인 것을 특징으로 한다.

상기 노광기의 최적 패턴선폭 값은 4㎛이고, 상기 최종 패턴선폭 값이 2㎛일 때, 상기 제1 폭 및 상기 제2 폭은 1㎛이고, 상기 제3 폭은 0.5㎛인 것을 특징으로 한다.

상기 날개부는 밑변이 상기 몸체부의 상기 양 측면에 부착되고, 상기 이등변 삼각형 모양을 갖는 상기 날개부의 높이는 상기 제1 폭에 해당하는 것을 특징으로 한다.

상기 몸체부와 상기 날개부는 100% 흑색 계조를 갖고; 상기 하프-톤 부는 40% 내지 60%의 회색 계조를 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 하프-톤부를 포함하는 미세패턴 마스크는 노광기의 최대 최적 해상도에 상응하는 최적선폭 값의 35% 내지 50%에 해당하는 최종 패턴선폭 값을 갖는 선형패턴을 형성할 수 있다. 특히, 20인치 이상의 대면적 표시장치를 제조하기 위한 일측변이 4M에 달하는 대면적 모 기판 전면에 걸쳐서 허용 오차 범위 내에서 균일한 정밀도를 갖는 패턴을 형성할 수 있다. 본 발명에 의한 하프-톤부를 포함하는 미세패턴 마스크로 수평 전계형 액정표시장치를 최대 최적 해상도가 4㎛인 노광기를 이용하여 제조하더라도, 화소전극과 공통전극의 선폭을 2㎛ 내외로 미세하게 형성할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의한 하프-톤부를 갖는 미세패턴 마스크로 개구율 및 광 투과율이 개선된 수평 전계형 액정표시장치를 제공할 수 있다.

도 1a는 종래 수평 전계형 액정표시패널을 나타내는 평면도.
도 1b는 도 1a에서 절취선 I-I'으로 자른 수평 전계형 액정표시패널의 구조를 나타내는 단면도.
도 2는 수평 전계형 액정표시장치의 화소전극과 공통전극 사이에서 형성되는 수평 전계를 나타내는 개략도.
도 3은 종래의 최대 최적 해상도가 약 4㎛인 노광기를 사용하여 포토레지스트를 선분 모양으로 패턴하는 경우를 나타내는 개략도.
도 4는 도 3의 경우를 단면 방향에서 바라본 모양을 나타내는 도면.
도 5는 래의 최대 최적 해상도가 약 4㎛인 노광기를 사용하여 선폭이 3㎛인 마스크 패턴으로 포토레지스트를 선분 모양으로 패턴하는 경우를 나타내는 개략도.
도 6은 양측변에 요철부를 갖는 미세패턴 마스크를 도시한 도면.
도 7은 도 6에 의한 미세패턴 마스크를 이용하여 노광기 최대 최적 해상도에 의한 선폭의 75%~80% 정도에 해당하는 미세 선폭을 갖는 패턴을 형성하는 모양을 나타내는 개략도.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 하프-톤부를 포함한 미세패턴 마스크를 나타낸 도면.
도 9는 도 8에 의한 마스크로 포토레지스트를 패선하는 상태를 나타내는 도면.
도 10은 본 발명에 의한 하프-톤부를 갖는 미세패턴 마스크를 이용하여, 최대 최적 해상도 4㎛인 노광기로 형성한 수평 전계 방식의 액정표시장치의 화소 영역을 나타내는 단면도.

이하, 첨부한 도면, 도 3 내지 도 10을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시 예들에 대하여 설명한다. 본 발명은 최대 최적 해상도 조건에서 형성할 수 있는 최적 선폭 값의 30% 내지 50% 정도의 선폭을 갖는 패턴을 형성할 수 있는 미세패턴 마스크를 제공한다. 즉, 더 좁은 선폭을 형성할 수 있는 노광기를 개발하는 것에 관련된 것이 아니다. 본 발명은 기존의 노광기를 사용하되, 노광기의 해상도에 의해 형성할 수 있는 선폭보다 50% 이하의 미세한 선폭 값을 갖는 표시소자 패턴을 형성하는 미세패턴 마스크에 관련된 것이다.

일반적인 선분 패턴을 형성하는 경우의 마스크 패턴에 대하여 살펴보면 다음과 같다. 도 3은 종래의 최대 최적 해상도가 약 4㎛인 노광기를 사용하여 포토레지스트(PR)를 선분 모양으로 패턴하는 경우를 나타내는 개략도이다. 도 4는 도 3의 경우를 단면 방향에서 바라본 모양을 나타내는 도면이다.

도 3 및 도 4를 참조하여, 패턴을 형성하기 위한 박막 위에 도포된 포토레지스트(PR)를 4㎛의 선폭을 갖는 막대 모양 패턴을 형성하기 위한 경우를 설명한다. 패턴을 형성하고자 하는 박막층 위에 포토레지스트(PR)을 도포한다. 포토레지스틀(PR)을 경화시킨 후, 폭이 4㎛이고 막대모양을 갖는 마스크(M)를 포토레지스트(PR) 위에 설치한다. 상부에 노광기를 설치하여, 마스크(M) 쪽으로 자외선을 조사한다. 자외선에 의해 마스크(M)의 그림자가 포토레지스트(PR) 위에 형성된다. 즉, 포토레지스(PR)층은 자외선이 조사되는 제1 영역(I)과 마스크(M)에 의해 자외선이 조사되지 않은 제2 영역(II)으로 구분된다. 제1 영역(I)의 포토레지스트(PR)는 자외선에 의해 경화된 상태가 분해되지만, 제2 영역(II)의 포토레지스트(PR)은 경화 상태를 유지한다. 이후, 포토레지스트(PR)를 인화하면, 마스크(M) 패턴에 상응하는 모양을 갖는 포토레지스트 패턴이 박막 위에 남는다. 그리고, 에칭 공정으로 박막을 패턴하면, 마스크(M) 패턴과 동일한 형태로 박막을 패턴할 수 있다.

즉, 해상도가 4㎛인 노광기를 이용하여 4㎛ 선폭을 갖는 마스크(M)로 포토레지스트(PR)을 패턴하면, 4㎛ 선폭을 갖는 포토레지스트(PR) 패턴이 형성된다. 도 3과 4에서 마스크(M)를 단순한 선분 모양으로 도시했지만, 이는 이해를 위한 도면상의 표현일 뿐이다. 실제적으로는 투명한 얇은 막에 100% 흑색 계조를 갖는 마스크(M) 패턴을 형성한 마스크 판을 사용한다.

한편, 최적 최대 해상도가 4㎛인 노광기를 사용하여, ㎛ 정도의 패턴을 형성할 경우를 살펴본다. 단순하게 생각하여, 마스크(M) 패턴의 선폭을 3㎛로 설계하여, 앞에서 설명한 방법과 동일하게 포토레지스트(PR)을 패턴한다. 도 5는 종래의 최대 최적 해상도가 약 4㎛인 노광기를 사용하여 선폭이 3㎛인 마스크 패턴으로 포토레지스트(PR)를 선분 모양으로 패턴하는 경우를 나타내는 개략도이다.

이 경우에는, 마스크(M) 패턴의 가장자리에서 노광기의 빛이 회절이 발생한다. 회전된 빛은 마스크(M) 안쪽으로 침투하여, 도 4에서 포토레지스트(PR)의 제2 영역(II)의 많은 부분이 제1 영역(I)으로 바뀐다. 즉, 도 5에서 점선으로 표시한 것과 같이 포토레지스트(PR)의 제2 영역(II)이 정방형 형상을 갖지 못하고, 유실된 상태가 된다.

이와 같이 현상된 포토레지스트(PR)로 박막을 패턴할 경우, 박막의 패턴은 설계시 의도한 3㎛에 맞추어 패턴을 형성할 수 없다. 특히, 대면적 표시장치의 경우, 표면 전체에 걸쳐 오차 범위를 벗어난 일정하지 않은 패턴 결과가 나타나 정상 품질의 제품을 형성할 수 없다.

물론, 도 4의 경우에서도 마스크(M) 패턴의 가장자리에서 빛이 회절된다. 그러나, 노광기 최대 사양인 4㎛의 경우에는 회절에 의한 오차가 허용 오차 범위 내에 들어오기 때문에 정상 품질을 보장한다. 하지만, 노광기 최대 사양보다 좁은 폭을 갖는 마스크의 경우, 회절에 의한 오차가 허용 오차 범위를 초과하기 때문에 정상 품질을 보장할 수 없다.

이와 같이, 노광기 최대 해상도보다 더 좁은 선폭을 대면적 기판에 걸쳐 허용 오차 범위 내에서 고르게 패턴을 형성하기 위한 미세패턴 마스크가 제안되었다. 도 6은 양측변에 요철부를 갖는 미세패턴 마스크를 도시한 도면이다. 도 7은 도 6에 의한 미세패턴 마스크를 이용하여 노광기 최대 최적 해상도에 의한 선폭의 75%~80% 정도에 해당하는 미세 선폭을 갖는 패턴을 형성하는 모양을 나타내는 개략도이다.

요철부를 갖는 미세패턴 마스크(WM)는 선분 모양의 몸체부(B)와, 몸체부(B)의 양측변부에 부착된 날개부(W)를 포함한다. 몸체부(B)는 형성하고자 하는 최종 패턴선폭을 A라고 했을 때 A의 40% 내지 60%의 폭 값 a를 갖는 선분형상을 갖는다. 날개부(W)는 이등변 삼각형 모양을 갖고, 밑변이 몸체부(B)의 일측변에 부착된다. 그리고, 날개부(W)인 이등변 삼각형은 몸체부(B) 폭의 90% 내지 120% 정도의 높이 값인 b를 갖고, 꼭지각은 30~150도를 갖는다. 복수개의 날개부(W)가 몸체부(B)의 양측변부에 연속으로 배열된다. 특히, 몸체부(B)는 형성하고자 하는 최종 패턴선폭 값인 A의 50%인 폭 값인 a를 갖고, 날개부(W)는 꼭지각은 90도이고 높이 b는 몸체부(B)의 폭 a와 같은 크기를 갖는 이등변 삼각형인 것이 바람직하다.

도 6과 같은 요철부를 갖는 미세패턴 마스크(WM)를 사용하여, 박막 위에 도포된 포토레지스트(PR)을 패턴하는 경우를 설명한다. 날개부(W)가 형성되어 있으므로, 몸체부(B)의 양측변에서 마스크(WM)의 안쪽으로 회전되는 빛의 양은 상대적으로 줄어든다. 대신에, 날개부(W)의 경계부에서 날개부(W) 안쪽으로 빛이 회절된다. 특히, 날개부(W)가 삼각형 모양을 갖고 있으므로, 꼭지점 부분에서는 회절되는 빛의 양이 많고, 밑변부에서는 회절되는 빛의 양이 상대적으로 적다. 특히, 밑변부에서는 이웃하는 삼각형의 밑변부와 인접하여 있기 때문에 회절 현상 뿐아니라 간섭현상이 일어난다. 따라서, 미세패턴 마스크(WM)의 하부에 도포되어 있는 포토레지스트(PR)는 도 7의 점선과 같은 형상으로 자외선에 노광된 제1 영역(I)과 노광되지 않은 제2 영역(II)이 형성된다. 특히, 날개부(W) 영역의 절반 정도까지는 제2 영역(II)으로 패턴된다.

날개부(W)에 의해서, 포토레지스트(PR)의 제1 영역(I)과 제2 영역(II) 사이에 부분노광이 일어나는 제3 영역(III)이 발생한다. 이 제3 영역(III)이 허용 오차 범위 내에 위치하기 때문에, 대면적 전체에 걸쳐 균일한 정밀도를 보장할 수 있다.

예를 들어, 4㎛의 최대 최적 해상도를 갖는 노광기를 이용하여 3㎛의 최종 패턴선폭을 갖는 패턴을 형성하는 경우, 미세패턴 마스크(WM)의 몸체부(B)는 폭 값 a가 1.5㎛인 선분형태일 수 있다. 날개부(W)는 높이 값 b가 1.5㎛인 직각 이등변삼각형의 형상일 수 있다. 상기 미세패턴 마스크(WM)로 포토레지스트(PR)를 노광한 경우, 포토레지스트(PR)는 몸체부(B)의 폭 + 2X(날개부(W)높이/2) = 1.5 + 2(1.5/2) = 3㎛인 폭을 갖는 선분형태의 경화부를 갖는다.

전술한 요철부를 갖는 미세패턴 마스크를 사용할 경우, 4㎛의 최대 최적 해상도를 갖는 노광기를 이용하여, 2.5~3㎛의 선폭을 갖는 패턴을 형성할 수 있다. 그러나, 그 이하인 1.5㎛ 내지 2㎛의 미세패턴을 형성하는 데는 문제가 발생한다. 즉, 몸체부(B)의 폭 값인 a를 더 좁게 설계할 경우, 도 7에서 제1 영역과 제2 영역 사이의 경계부인 제3 영역(III)이 제2 영역(II) 내부로 더욱 확장된 결과를 초래할 수 있다. 이로 인해, 현상후에 포토레지스(PR)가 박막 위에 남아 있는 영역인 제2 영역(II)의 많은 부분이 유실되거나, 날개부(W)의 형상이 그대로 전사되어 선분형태가 아닌 톱니 형태의 선분으로 패턴되는 문제가 발생한다. 다시 말해, 2.5㎛ 이하의 더욱 미세한 패턴을 형성하기 위해 도 6에 도시한 마스크 형상을 더 작게 설계한 경우에는, 도 7의 제3 영역(III)의 범위가 허용 오차를 벗어나므로 대면적 전체에 걸려 균일한 정밀도를 갖는 패턴을 형성할 수 없다.

본 발명의 바람직한 실시 예로는 미세패턴 마스크의 날개부에서 회절되는 광량을 조절하여 더욱 미세한 패턴을 형성하기 위한 하프-톤부를 포함한 요철부를 갖는 미세패턴 마스크를 제공한다. 도 8은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 하프-톤부를 포함한 미세패턴 마스크를 나타낸 도면이다. 도 9는 도 8에 의한 마스크로 포토레지스트를 패선하는 상태를 나타내는 도면이다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 하프-톤부를 갖는 미세패턴 마스크(HWM)는, 선분 모양의 몸체부(B)와, 몸체부(B)의 양측변부에 부착된 날개부(W), 그리고, 몸체부(B)의 양측변부에서 이웃하는 날개부(W) 사이에 형성된 하프-톤부(HT)를 포함한다. 몸체부(B)는 형성하고자 하는 최종 패턴선폭을 A'이라고 했을 때 A'의 20% 내지 30%에 해당하는 폭 값 a'을 갖는 선분형상이다. 날개부(W)는 이등변 삼각형 모양을 갖고, 밑변이 몸체부(B)의 일측변에 부착된다. 그리고, 날개부(W)인 이등변 삼각형은 몸체부(B) 폭의 90% 내지 110%에 해당하는 높이 값 b'을 갖고, 꼭지각은 30~150도를 갖는다. 복수개의 날개부(W)가 몸체부(B)의 양측변부에 연속으로 배열된다. 그리고, 하프-톤부(HT)는 몸체부(B)의 양측변부에서 몸체부(B) 폭의 40% 내지 50%에 해당하는 폭 값 c를 갖는다.

그리고, 몸체부(B)와 날개부(W)는 100% 흑색 계조를 갖고, 하프-톤부(HT)는 약 40~60%의 회색 계조를 갖는 것이 바람직하다. 특히, 몸체부(B)는 형성하고자 하는 최종 패턴선폭인 A'의 50%인 폭(a')을 갖고, 날개부(W)는 꼭지각은 90도이고 높이(b')는 몸체부(B)의 폭(a')과 같은 값을 갖는 이등변 삼각형이며, 하프-톤부(HT)는 날개부(W) 높이(b')의 50%인 폭(c) 값을 갖는 것이 바람직하다.

도 8과 같은 하프-톤부를 갖는 미세패턴 마스크(WM)를 사용하여, 박막 위에 도포된 포토레지스트(PR)을 패턴하는 경우를 설명한다. 날개부(W)가 삼각형 모양을 갖고 있으므로, 꼭지점 부분에서는 회절되는 빛의 양이 많고, 밑변부에서는 회절되는 빛의 양이 상대적으로 적다. 특히, 밑변부에서는 이웃하는 삼각형의 밑변부와의 사이에 하프-톤부(HT)가 형성되어 있어 이 부분에서의 회절양을 조절할 수 있다. 즉, 하프-톤부(HT)가 40%~60%의 회색 계조를 갖도록 하면, 하프-톤부(HT)의 안쪽으로 빛이 회절되지 않도록 할수 있다. 따라서, 하프-톤부를 포함하는 미세패턴 마스크(HWM)의 하부에 도포되어 있는 포토레지스트(PR)에는 도 9의 점선과 같은 형상으로 자외선에 노광된 제1 영역(I)과 노광되지 않은 제2 영역(II)이 형성된다. 특히, 날개부(W) 사이에 형성된 하프-톤부(HT) 영역까지 제2 영역(II)으로 패턴된다. 즉, 하프-톤부가 없는 요철부를 갖는 미세패턴 마스크를(도 6 참조) 사용했을 때, 포토레지스트(PR)에 형성되는 제3 영역(III)이(도 7 참조) 하프-톤부(HT)에 의해 조정되어 허용 오차 범위 내에 포함되도록 조절할 수 있다.

예를 들어, 4㎛의 최대 최적 해상도를 갖는 노광기를 이용하여 1.5~2.5㎛의 최종 패턴선폭을 형성하는 경우, 미세패턴 마스크(WM)의 몸체부(B)는 최종 패턴 선폭(A')의 40~60%, 더욱 바람직하게는 50%에 해당하는 0.8~1.3㎛의 선폭(a')을 갖는 선분형태일 수 있다. 날개부(W)는 몸체부(B)의 선폭(a')의 90~110%, 더욱 바람직하게는 100%에 해당하는 0.7~1.4㎛의 높이(b')를 갖는 직각 이등변삼각형의 형상일 수 있다. 그리고, 하프-톤부(HT)는 날개부(W) 높이(b')의 40~50%, 더욱 바람직하게는 50%에 해당하는 0.3~0.7㎛의 폭(c)를 갖는 것으로 몸체부(B) 양 측변부에서 날개부(W) 사이를 메우는 형태를 가질 수 있다. 이와 같은 하프-톤부를 갖는 미세패턴 마스크(HWM)로 포토레지스트(PR)을 노광한 경우, 포토레지스트(PR)는 [몸체부(B)의 폭(a')] + 2 X [하프톤부의 폭(c)] = (0.8~1.3) + 2 X (0.3~0.7) = (1.5~2.5)㎛인 선폭을 갖는 경화부가 형성된다.

더 구체적인 예로써, 4㎛의 최대 최적 해상도를 갖는 노광기를 이용하여 2㎛의 최종 패턴선폭을 형성하는 경우, 미세패턴 마스크(WM)의 몸체부(B)는 최종 패턴 선폭(A')의 50%에 해당하는 1㎛인 선폭(a')을 갖는 선분형태일 수 있다. 날개부(W)는 몸체부(B)의 선폭(a')과 동일한 1㎛인 높이(b')를 갖는 직각 이등변삼각형의 형상일 수 있다. 그리고, 하프-톤부(HT)는 날개부(W) 높이(b')의 50%에 해당하는 0.5㎛의 폭(c)을 갖는 것으로 몸체부(B) 양 측변부에서 날개부(W) 사이를 메우는 형태를 가질 수 있다. 이와 같은 하프-톤부를 갖는 미세패턴 마스크(HWM)로 포토레지스트(PR)을 노광한 경우, 포토레지스트(PR)는 [몸체부(B)의 폭(a)] + 2 X [하프톤부의 폭(c)] = 1 + 2 X 0.5 = 2㎛인 선폭을 갖는 경화부가 형성된다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 하프-톤부를 갖는 미세패턴 마스크를 사용할 경우, 최대 최적 해상도 4㎛를 갖는 노광기를 사용하여, 1.5~2.5㎛ 정도의 미세패턴을 형성할 수 있다. 특히, 대각 길이 20인치 이상의 대면적 표시장치를 제조하는데 사용하는 일변 길이가 대략 4M인 장방형 기판 전면에 걸쳐 허용 오차 범위 내에서 1.5~2.5㎛ 선폭을 갖는 미세패턴을 형성할 수 있다.

본 발명에 의한 하프-톤부를 갖는 미세패턴 마스크를 사용하여 수평 전계 방식의 액정표시장치를 제조하는 경우를 예를 들어 설명한다. 도 10은 하프-톤부를 갖는 미세패턴 마스크를 이용하여, 최대 최적 해상도 4㎛인 노광기로 형성한 수평 전계 방식의 액정표시장치의 화소 영역을 나타내는 단면도이다.

도 10을 참조하면, 화소전극(PXL)과 공통전극(COM)이 동일 평면상에서 수평 방향으로 나란하게 형성되어 있다. 화소전극(PXL)과 공통전극(COM) 사이에 직류 전압차이가 발생하면, 도 10의 가는 실선과 같이 전기장이 형성된다. 화소전극(PXL)과 공통전극(COM)은 대략 2㎛ 정도의 선폭을 갖는 막대 형상을 갖는다. 그리고, 화소전극(PXL)과 공통전극(COM)은 선폭의 2.5~3.5배에 해당하는 6~8㎛ 정도의 간격을 갖도록 배열된다. 도 10과 같이 선폭이 2㎛인 화소전극(PXL) 및 공통전극(COM)이 형성된 경우, 화소전극(PXL)과 공통전극(COM)이 화소영역에서 차지하는 면적 비율이, 도 2에 의한 종래 기술에 비해 상당히 감소한다. 이는, 화소전극(PXL)과 공통전극(COM) 위에 위치하는 액정 분자(LCM)들의 개수가 그 만큼 줄어든다는 것을 의미한다. 즉, 화소 영역 내에서 수평 전계에 의해 구동하는 액정 분자들의 개수가 증가하고, 그 증가한 만큼 개구율 및 휘도가 향상된다.

예를 들어, 선폭이 4㎛인 화소전극(PXL) 및 공통전극(COM)을 갖는 경우와 비교했을 때, 선폭이 2㎛로 줄어든 경우 화소 영역 내에서 개구율 및 광 투과율이 각각 약 20~30% 정도 향상하는 결과를 얻을 수 있다. 이와 같이 개구율과 광 투과율이 높아지면, 동일한 전력 소비로 더 밝은 영상을 얻을 수 있다. 즉, 동일한 휘도를 얻기 위해 백 라이트의 전력 소모를 더 줄일 수 있다. 또는, 투과율이 향상되면, 종래에 백 라이트의 휘도를 향상하기 위해 사용하는 고 투과율 광학 필름을 사용하지 않아도 동일한 휘도를 얻을 수 있다. 즉, 본 발명에 의한 하프-톤부를 포함하는 미세패턴 마스크로 수평 전계형 액정표시장치를 제조하면, 전력 소비가 낮고, 휘도가 개선되며, 생산 단가를 절감하는 효과를 얻을 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

TFTS: 박막트랜지스터 어레이 기판 CFS: 칼라필터 기판
TFT: 박막트랜지스터 CF: 칼라필터
BM: 블랙 매트릭스 LC: 액정층
SUBL: 하부 기판 GL: 게이트 라인
DL: 데이터 라인 PXL: 화소 전극
COM: 공통 전극 CL: 공통 라인
G: 게이트전극 S: 소스전극
D: 드레인전극 A: 반도체 층
GI: 게이트 절연막 PASSI: 보호막
ALG: 배향막 LCM: 액정분자
PR: 포토레지스터 M: 마스크
WM: 요철부를 갖는 미세패턴 마스크 B: 몸체부
W: 날개 부 I: 제1 영역
II: 제2 영역 III: 제3 영역
HWM: 하프-톤부를 갖는 미세패턴 마스크 HT: 하프-톤부

Claims (8)

1. 제1 폭을 갖는 몸체부;
   상기 몸체부의 양 측면 각각에 제1 폭을 갖고 부착된 이등변 삼각형 형상을 갖는 날개부; 그리고
   상기 몸체부의 양 측면 각각에 제3 폭을 갖고 부착된 하프-톤부를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세패턴 마스크.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 미세패턴 마스크는, 표시패널 패턴용 노광기의 최적 해상도에 상응하는 최적선폭 값의 35% 내지 50%에 해당하는 최종 패턴선폭 값을 갖는 선형패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 미세패턴 마스크.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제1 폭은 상기 최종 패턴선폭 값의 40% 내지 60%이고;
   상기 제2 폭은 상기 제1 폭의 90% 내지 110%이고;
   상기 제3 폭은 상기 제2 폭의 40% 내지 50%인 것을 특징으로 하는 미세패턴 마스크.
   
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 노광기의 최적 선폭 값이 4㎛이고, 최종 패턴선폭 값이 1.5~2.5㎛일 때,
   상기 제1 폭은 0.8㎛ 내지 1.3㎛이고,
   상기 제2 폭은 0.7㎛ 내지 1.4㎛이고,
   상기 제3 폭은 0.3㎛ 내지 0.7㎛인 것을 특징으로 하는 미세패턴 마스크.
   
5. 제 2 항에 있어서,
   상기 제1 폭 및 상기 제2 폭은 상기 최종 패턴선폭 값의 25%이고;
   상기 제3 폭은 상기 제2 폭의 50%인 것을 특징으로 하는 미세패턴 마스크.
   
6. 제 2 항에 있어서,
   상기 노광기의 최적 패턴선폭 값은 4㎛이고, 상기 최종 패턴선폭 값이 2㎛일 때,
   상기 제1 폭 및 상기 제2 폭은 1㎛이고,
   상기 제3 폭은 0.5㎛인 것을 특징으로 하는 미세패턴 마스크.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 날개부는 밑변이 상기 몸체부의 상기 양 측면에 부착되고,
   상기 이등변 삼각형 모양을 갖는 상기 날개부의 높이는 상기 제1 폭에 해당하는 것을 특징으로 하는 미세패턴 마스크.
   
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 몸체부와 상기 날개부는 100% 흑색 계조를 갖고;
   상기 하프-톤 부는 40% 내지 60%의 회색 계조를 갖는 것을 특징으로 하는 미세패턴 마스크.

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